从“点对点”走向“网络化”！量子通信距离规模化应用还有多远？
开栏的话
以经纬观大势，以创新赴新程。作为新一轮科技革命与产业变革的前沿领域，量子科技是夯实科技自立自强、培育新质生产力的重要赛道，关乎国家战略科技实力与未来产业发展格局。即日起，本报开设“量子科技经纬”专栏，聚焦量子领域前沿动态、产业演进与创新突破，以客观视角记录量子科技领域最新进程，以权威解读传递行业新知，让高端量子科技走出实验室、走进大众视野。
日前，我国科研团队成功构建远距离芯片化量子通信网络，在540公里光纤链路中完成安全密钥传输，相关研究成果在线发表于国际期刊《自然·光子学》。这项突破同时指向了当下量子通信走向规模化应用必须跨越的两道难关——实现远距离传输与构建量子通信网络。
量子信号的远距离传输有多困难？量子通信又为何要从“点对点”走向“网络化”？围绕量子通信技术两大核心攻关方向及规模化应用前景，记者采访了相关专家。
图片来源：视觉中国 远距离传输难在哪儿
量子不可克隆定理是量子力学的基本原理之一。它指出，任何未知的量子态都无法被精确复制。正是基于这一原理，以量子密钥分发（QKD）为核心的量子通信，才能在用户间实现安全的密钥共享。结合“一次一密”加密法，量子通信可实现原理上的无条件安全保密。
然而，这种“绝对安全”也有“代价”。北京理工大学物理学院量子技术研究中心教授尹璋琦解释，光信号会随着传输距离的增加快速减弱，而由于量子信号永远是一个单光子信号，不能被复制或放大， 因此和经典通信相比，量子通信的远距离传输就困难得多。
“经典通信中‘测量—放大—转发’的中继方式无法直接应用于量子通信， 于是科学家们基于量子纠缠、纠缠交换和量子存储等技术提出了量子中继，这是实现远距离量子通信的重要途径。” 北京邮电大学电子工程学院副教授张一辰说。
我国学者对量子中继的发展作出了巨大贡献。尹璋琦介绍，中国科学院院士段路明等学者在2001年提出的“DLCZ量子中继方案”，是量子中继概念被提出后的第一个完整方案，让国内外科研人员看到了量子中继付诸实验的可行性。目前，这一方案已成为量子通信领域的行业标准。
“量子通信实现更远距离传输，需要从两方面协同推进。”张一辰提出，一方面，要持续优化QKD协议和系统设计，提高探测器性能、降低系统噪声并提升纠错效率，使实际系统不断逼近理论极限；另一方面，要继续发展量子中继等关键技术，从根本上突破QKD的距离限制。