量子通信，量子加密通信的简称，可以简单理解为使用量子计算为通信双方进行加密，保障通信安全性的过程。

量子通信是一种基于量子力学原理的新型通信方式，主要利用量子纠缠和量子叠加等现象实现信息的传输。与传统通信相比，量子通信具有无法被破解的安全性，因为在量子通信过程中，任何对量子系统的观测都会改变系统的状态，从而被通信双方所察觉。量子通信的主要应用包括量子密钥分发、量子隐形传态和量子纠缠传输等。

光量子通信利用量子纠缠和隐形传态技术实现信息的高效安全传输。通过联合测量和幺正变换，通信双方可以共享未知量子态，确保信息不被破解。与传统通信相比，光量子通信在安全性和传输效率上具有显著优势，能够实现一次传输相当于经典通信128倍的速率。

量子通信从理论上的定义而言，并没有一个非常严格的标准。在物理学中可以将其看作是一个物理极限，通过量子效应就能实现高性能的通信。而在信息学中，量子通信是通过量子力学原理中特有的属性，来完成相应的信息传递工作。量子通信同传统的通信方式相比较，有一些比较突出的特点，例如安全性比较高，还有就是传输的过程中不容易受到阻碍。当量子态在不被破坏的情况下，在传输信息的过程中是不会被窃听，也不会被复制的，所以严格意义上来看，它是绝对安全的。

量子通信融合了现代物理学和光通信技术研究的成果，由物理学基本原理来保证密钥分配过程的无条件安全性。量子密钥分发根据所利用量子状态特性的不同，可以分为基于测量和基于纠缠态两种。基于纠缠态的量子通信在传递信息的时候利用了量子纠缠效应，即两个经过耦合的微观粒子，在一个粒子状态被测量时，同时会得到另一个粒子的状态。

通常来说，量子通信可分为：量子密钥分发、量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密集编码等。

量子密钥分发是量子通信中最成熟和应用最广泛的技术之一。它利用量子力学原理来安全地分发密钥，这个密钥可以用来加密和解密信息。

量子隐形传态是一种将量子态从一个地点传送到另一个地点而不经过物理空间的过程。它依赖于纠缠粒子和经典通信的结合。

量子纠缠分发中，纠缠的量子态被创建并在两个或多个地点之间分发，这些纠缠态可以用于各种量子信息和量子计算任务。

量子密集编码是一种利用量子纠缠来传输更多信息的技术。通过发送少量的量子比特，可以传达更多的经典信息。

量子通信具有很多特点，其中与传统的通信方式相较，量子通信最大的优势就是绝对安全和高效率性，首先传统通信方式在安全性方面就有很多缺陷，量子通信会将信息进行加密传输，在这个过程中密钥不是一定的，充满随机性，即使被相关人员截获，也不容易获取真实信息，另外量子通信还有较强的抗干扰能力、很好的隐蔽性能、较低的噪音比需要以及广泛应用的可能性。就是一个自带“保险柜”的加密通信过程。

一是为了进行远距离的量子态隐形传输，必须要让通信的两地同时具有最大量子纠缠态。但是，由于环境噪声的影响，量子纠缠态的品质会随着传送距离的增大而变得越来越差。因此，如何提纯高品质的量子纠缠态是量子通信研究中的重要课题。

二是如何实现量子信号的中继转发，取得令人满意的远距离通信效果。到为止，业界在光源、信道节点和接收机等方面还没有取得圆满成功，所需的安全性要求没有保障，可能被窃听。如何对实际量子密钥分发系统进行攻防测试和安全性升级是运行维护面临的难题。

三是因为中继节点的密钥存储和转发存在漏洞，可能成为整个系统的安全风险点。如何解决纠缠态对信道长度抖动过于敏感、误码率随信道长度增长过快等严重问题，也是一个令人头疼的问题。

量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性，在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，也逐渐走进人们的日常生活。

量子通信的用途主要集中在以下几个方面：

1.数据中心保护：量子保密通信在数据中心防护方面有重要应用，特别是在利用量子密钥分发（QKD）链路加密的数据中心中。

2.量子随机数发生器：量子通信技术被用于生成真正的随机数，这些随机数在加密和其他安全通信协议中非常重要。

3.政务和国防安全：量子通信在政务和国防等特殊领域的安全应用中扮演着关键角色。

4.电信网络：随着QKD技术的成熟和终端设备的小型化、移动化，量子通信将扩展到电信网络领域。

5.企业网络和个人家庭：量子通信技术未来也可能被应用于企业网络和个人家庭的通信安全。

6.云存储：量子通信在提高云存储安全性方面也有潜在应用。

7.量子云计算和量子传感网：长远来看，通过量子通信网络连接分布式的量子计算机和量子传感器，可能会产生量子云计算和量子传感网等全新应用。

8.广域量子保密通信网络：中国已实现广域量子保密通信网络的构建，包括光纤量子保密通信城域网、骨干网以及星地量子通信网络，服务于金融、电力、政务等行业。

量子通信的主要优势在于其提供的信息传输安全性。它利用量子比特作为信息载体，能够在确保信息安全和增大信息传输容量方面突破经典信息技术的极限。特别是量子密钥分发技术，它克服了经典加密技术的安全隐患，被认为是迄今为止唯一被严格证明无条件安全的通信方式。

量子通信技术发展成熟后，将广泛地应用于军事保密通信及政府机关、军工企业、金融、科研院所和其他需要高保密通信的场合。量子通信未来有以下几个发展方向：

(1)采用量子中继技术，扩大通信距离。

这方面以中国的“京沪干线”项目为代表。由于单光子在传输过程中损耗很大，对于远距离传输，必须采用中继技术。然而量子态的非克隆原理给量子中继出了很大难题，因为量子态不可复制，所以量子中继不能像普通的信号中继一样，把弱信号接收放大后再转发出去。量子中继只能是在光子到达最远传输距离之前接收其信号，先存储起来，再读出这个信号，最后以单光子形式发送出去。量子中继很像火炬接力，一个火炬在燃料耗尽之前点燃另一个火炬，这样持续传送下去，不能一次同时点燃多个火炬。量子中继有很多方案，包括光量子方案、固态原子方案等。

(2)采用星地通信方式，实现远程传输。

采用卫星通信后，两地之间的量子通信更加方便快捷。在真空环境中，光子基本无损耗，损耗主要发生在距地面较低的大气中。据测算，只要在地面大气中能通信十几千米，星地之间通信就没有问题。中国学者曾经在北京与怀柔之间成功地进行夜晚十几千米的单光子传输实验，为星地量子通信奠定了坚实的实验基础。

(3)建立量子通信网络，实现多地相互通信。

量子通信要想实用化，必须覆盖多地形成网络。2009年，郭光灿小组在安徽芜湖建立了世界首个量子政务网，标志着中国量子保密通信正式进入应用阶段。，国内外都建成了多个实用的量子通信网络，下一步的发展是扩大节点数，扩展通信距离，形成大覆盖面积的广域网。

2004年，中国科学技术大学潘建伟教授的科研团队首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输。

2005年，4月22日出版的国际物理学权威期刊《物理评论快报》中国科学技术大学潘建伟教授的科研团队发表了他们题为《13公里自由空间纠缠光子分发：朝向基于人造卫星的全球化量子通信》的研究论文。

2006年，中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室在光纤通信中实现了一种抗干扰的量子密码分配方案，保证了长距离光纤量子通信的安全和质量。

2008年，在“量子调控研究”重大科学研究计划等的支持下，中国科学技术大学潘建伟教授领导的研究小组完成了“量子中继器的实验实现”，研究成果于8月28日发表在《自然》上。他们在国际上首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换，建立了由300米光纤连接的两个冷原子系综之间的量子纠缠。

2009年，潘建伟团队在合肥构建和演示了一个4节点全通型量子通信网络。其中任意两个节点都可以互联互通、实时地产生不落地量子密钥，进而用来进行各种加密的数据、语音和多媒体通信等应用。此网络基于诱骗态量子通信方案，大大提高了安全通信的距离和密钥产生速率，同时保证了绝对安全性。其最近的两个通信节点超过16km。每个节点可工作在全双工模式，即同时作为量子信号发射和接收方进行量子通信。

2012年，潘建伟等人在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定技术基础。国际权威学术期刊《自然》杂志重点介绍了这一成果，代表其获得了国际学术界的普遍认可。《自然》杂志称其“有望成为远距离量子通信的里程碑”、“通向全球化量子网络”，欧洲物理学会网站、美国《科学新闻》杂志等也进行了专题报道。

2015年3月6日，国际权威物理学期刊《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 114, 090501 (2015)] 发表中国科学技术大学多方量子通信方案，该方案在实用化、远距离多方量子通信方面迈出了重要的一步。

2018年9月，在国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项项目“固态量子存储器”的支持下，中国科学技术大学李传锋团队在自主研制的高品质三维纠缠源的基础上，进一步制备出偏振-路径复合的四维纠缠源，保真度达到98%。实验演示了量子密集编码，一举把量子密集编码的信道容量纪录提升到了2.09，超过了两维纠缠能达到的理论极限，创造了当前国际最高水平。这项工作充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势，为高维纠缠在量子信息领域的深入研究打下重要基础。该成果于7月20日发表在国际权威期刊《科学·进展》上。

2021年1月7日，中国科学技术大学宣布中国科研团队成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发，标志着中国已构建出天地一体化广域量子通信网雏形。

2022年4月13日报道，北京量子信息科学研究院、清华大学龙桂鲁教授团队和陆建华教授团队共同设计出了一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统，成功实现100公里的量子直接通信。这是截止2024年世界最长的量子直接通信距离。

2022年10月22日，科大国盾量子技术股份有限公司项目总监周雷介绍，他和团队参与了世界首条千公里级量子保密通信“京沪干线”的建设，参与了全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”的研制，推动中国量子通信领域从跟跑到领跑，进入世界第一梯队。

2023年2月14日，全国首例“量子远程手术”在山东威海、青岛两地顺利实施，跨越260公里的手术，历时50分钟便顺利完成，网络平均时延8ms，患者出血量仅为20毫升，且术中无周围脏器损伤等并发症。

2023年6月21日，从北京量子信息科学研究院获悉，该研究院袁之良团队与南京大学尹华磊合作，首次在实验上实现打破安全码率-距离界限的异步测量设备无关量子密钥分发（也称模式匹配量子密钥分发），成功实现508公里光纤量子通信，以及破纪录的城际密钥率和双光子干涉距离。

2023年8月1日，工信部发布的《量子保密通信网络架构》（YD/T 4301-2023）、《量子密钥分发（QKD）网络 网络管理技术要求 第1部分：网络管理系统（NMS）功能》（YD/T 4302.1-2023）、《基于IPSec协议的量子保密通信应用设备技术规范》（YD/T 4303-2023）等三项量子保密通信相关的通信行业标准落地实施。

2023年12月30日，据参考消息援引香港《南华早报》网站报道，借助中国的墨子卫星传输的安全密钥，中国和俄罗斯的科学家成功建立了加密的量子通信。这表明，金砖国家量子通信网络在技术上或可行。

2024年1月，中国清华大学研究团队利用同种离子的双类型量子比特编码，在国际上首次实现无串扰的量子网络节点。清华大学交叉信息研究院利用同种离子的两对超精细能级结构，分别编码出量子网络中用于与光子产生纠缠的“通讯比特”和用于存储信息的“存储比特”。同时，利用激光还实现了两种量子比特间微秒量级的相干转换。

1984~1992年，第一个量子密码通信方案提出，即著名的BB84方案。 简化的 BB84方案提出。并第一次在实验上原理性演示了量子密钥分发 。

1993~2005年，量子密钥分发演示性实验实现100公里以上通信距离，但安全通信距离只有10公 里量级，不具 有实用价值 。

2006~2010年，美国 Los Alamos国家实验室 一美国国家标准局联合实验组和奥地利的 Zeilinger教授领导的欧 洲联合实验室也使用诱骗态方案实现了安全距离超过100公里量子密钥分发，量子通信得以从实验室演示开始走向实用化 。

2013年，美国独立研究机构Battelle公布了环美量子通信骨干网络项目。计划采用分段量子密钥分发，结合安全授信节点进行密码中继的方式为谷歌、微软、 亚马逊等互联网巨头的数据中心之间的通信提供量子安全保障服务。

2008年发布了《量子信息处理与通信战略报告》，提出了欧洲量子通信的分阶段发展目标，包括实现地面量子通信网络、星地量子通信、空地一体的千公里级量子通信网络等。

2008年9月，欧盟发布了关于量子密码的商业白 皮书。启动量子通信技术标准化研究，并联合了来自12个欧盟国41个伙伴小组成立了 “ 基于量子 密码的安全通信” (SECOQC)工程，这是继欧洲核子中心和国际空间站后有一大规模的国际科技 合作项目。同年，该工程在维也纳现场演示了一个基于商业网络的包含 6个节点的量子通信网络。欧空局正在与来自欧洲、美洲、澳大利亚和日本的多国科学家团队合作开展空间量子实验，由国际著 名量子物理家、沃尔夫物理学奖获得者奥地利的Anton Zeilinger教授领衔，计划在国际空间站与地面站之间实现远距离量子通信。

提出量子信息技术长期研究战略，目标年投入2亿 美元，规划在5~10年内建成全国性的高速量子通 信网。日本的国家情报通信研究机构 (NICT)也启动了一个长期支持计划。

日本国立信息通信研究院计划在 2020年实现量 子中继，到 2040年建威极限容量、无条件安全 的广域光纤与自由空间量子通信网络。2010年。日本 NICT主导，联合当时欧洲和日本在量子通 信技术上开发水平最高的公司和研究机构，在东 京建成了6节点城域量子通信网络 “ Tokyo QKD Netword”。东京网在全网演示了视频通话。并演示网络监控。

美国国防部支持的“ 高级研究与发展活动”(ARDA)计划到 2014年将量子通信应用拓展到卫星通信、城域以及远距离光纤网络。国防部高级计划署 (DARPA)和 Los Alamos国家实验室于 2009年分别建成了2个多节点量子通信互联网络，并与空军合作进行了基于飞机平台的自由空间量子通信研究。

美国航空航天局 (NASA)正计划在其总部与喷 气推进实验室 (JPL)之间建立一个直线距离 60 公里、光纤皮长1 000公里左右的包含10个骨干节点的远距离光纤通信干线，计划拓展到星地通信量子。

2010年7月，合肥城域量子通信试验示范网正式开工实施。合肥市政府将其作为重大标志性科技工程列为全市自主创新重大专项，省发改委及省科技厅、合肥市共支持经费6000多万元，努力建成国内“首个开工、首个建成、首个使用”的规模化城域量子通信网络，为合肥市进一步提升战略性新兴产业核心竞争力，抢占未来量子通信产业发展制高点发挥重要作用。

2012年 2月21日，金融信息量子通信验证网在北京开通。金融信息量子通信验证网的开通，是量子通信网络技术保障金融信息传输安全的第一次技术验证和典型应用示范，对加快建设国家级金融信息量子通信网、大力提升中国金融信息传递的安全性和便捷性，具有十分重要的意义。

2013年11月，济南量子保密通信试验网建成投入使用，山东省50个省直机关事业单位、金融机构实现了语音电话、传真、文本通信和文件传输等量子保密传输业务，这是中国第一套实用化的大型量子通信城域网，也是世界上规模最大、功能最全的量子保密通信试验网络。 济南量子通信试验网的建成，标志着量子通信技术在山东省开始步入实用化阶段，有利于促进量子通信产业链的形成，为量子通信技术在山东省产业化奠定了基础。

2021年12月23日，西部（重庆）科学城璧山片区、中新（重庆）科技城一批重大项目集中投产。其中，由重庆国科量子通信网络有限公司（以下简称“重庆国科量子”）建设的国家广域量子保密通信“成渝干线”已于10月全线贯通，目前正在建设重庆通向武汉的量子通信“汉渝干线”。

2022年，中国科学技术大学潘建伟院士科研团队与中国科学院大学杭州高等研究院院长王建宇院士团队，通过“天宫二号”和4个卫星地面站上的紧凑型量子密钥分发（QKD）终端，实现了空—地量子保密通信网络的实验演示。相关论文刊登在国际学术期刊《光学》上。

2023年6月，中国科学家将异步匹配技术与响应过滤方法引入量子通信，创造了城际量子密钥率的新纪录——传输距离201公里下量子密钥率超过每秒57000比特、传输距离306公里下量子密钥率超过每秒5000比特。