天地一體化量子通信網絡是“墨子號”與“京滬干線”貫通的天地大演示，與2017年的首次短暫碰面不同，這個通信網絡是世界上首個集成700多條地面光纖量子密鑰分發鏈路和兩個星地自由空間高速鏈路的廣域量子通信網絡，實現了地面跨度4600km的天地一體的大范圍、多用戶量子保密密鑰分發，并進行了兩年多的穩定性和安全性測試、標準化研究及政務、金融、電力等不同領域的應用示范，成功驗證構建天地一體化量子通信網絡的可行性。

2021 年 1 月 7 日，中國科學技術大學潘建偉及其同事陳宇翱、彭承志等與中國科學院上海技術物理研究所王建宇研究組、濟南量子技術研究院及中國有線電視網絡有限公司合作，在國際學術期刊《自然》上發表了題為《跨越 4 600km 的天地一體化量子通信網絡》的論文，證明了廣域量子保密通信技術在實際應用中的條件已初步成熟。

《自然》雜志審稿人評價稱，這是地球上最大、最先進的量子密鑰分發網絡，是量子通信“巨大的工程性成就”。

該天地一體化量子通信網絡通過“京滬干線”覆蓋我國四省三市32 個節點，包括北京、濟南、合肥和上海 4 個量子城域網，同時通過“墨子號”連接西藏阿里站、云南麗江站、烏魯木齊南山站和青海德令哈站4 個地面站，而北京興隆站在這之前已接入“京滬干線”，是“墨子號”與“京滬干線”的連接點，如圖 4-22 所示。“4 600km”是因為這個網絡通過京滬干線覆蓋從北京到上海，光纖總長超過 2 000km，又通過衛星從北京興隆站連到了烏魯木齊南山站，橫跨 2 600km 左右。中國科研人員通過構建天地一體化量子通信網絡的雛形，為未來實現覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了科學與技術基礎。

“京滬干線”建成后，開展了兩年多的相關技術驗證、應用示范和大量的穩定性測試、安全性測試及相關標準化研究，通過了光子數分離攻擊、致盲攻擊、時移攻擊、波長依賴攻擊和一些潛在的特洛伊木馬攻擊等安全性測試，結果表明“京滬干線”可以抵御目前所有已知的量子黑客攻擊方案，同時“京滬干線”網絡的密鑰分發量可以支持 1.2 萬以上用戶同時使用。

該天地一體化量子通信網絡已經接入金融、電力、政務等 150 多家行業用戶。2019 年年初，國家電網有限公司基于該網絡，建立了跨越2 600km、從北京總公司至國家電網新疆電力有限公司的量子密鑰分發信道，實現了電力通信數據加密傳輸，首次從工程上檢驗了星地量子通信開展實際業務的可行性。在天地一體化量子通信網絡大量測試的結果及標準化研究的基礎上，全球三大標準化組織之一國際標準化組織 /國際電工委員會（ISO/IEC）正在基于“京滬干線”的實踐編制國際標準《量子密鑰分發的安全要求、測試與評估方法》，另一國際組織國際電信聯盟（ITU）也正基于“京滬干線”的建設模式起草可信中繼安全要求等國際標準，并已發布量子密鑰分發（QKD）網絡功能架構標準。

這項工作發展的相關技術也為量子通信系統小型化、低成本、國產化奠定了基礎，研究人員不斷探索將光學地面站做得小型化、可移動，以此實現衛星與地面更靈活、更高效的對接。團隊成功研制了質量約百千克的小型地面站，實現了小型地面站與“墨子號”的星地量子密鑰分發實驗，并和國際多個地面站進行了星地量子密鑰分發實驗，未來小型地面站有望進一步做到可單人搬運。同時，在保證密鑰分發速率的前提下，已經成功研制幾十千克的小型空間量子密鑰分發載荷，這些成果也為形成衛星量子通信國際技術標準奠定了基礎。

——摘自《星耀中國 我們的量子科學衛星》

來源: 《星耀中國 我們的量子科學衛星》

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