专题：量子通信技术

特邀策划人

教授，博士生导师。北京邮电大学电子工程学院执行院长，信息光子学与光通信国家重点实验室副主任。教育部光电教指分委协作委员。享受国务院政府特殊津贴专家，入选国家百千万人才工程，有突出贡献中青年专家。长期从事光电信息领域科研和教学，主持承担了国家自然科学基金重点项目、国家863计划项目、国家973计划课题等，荣获国家科技奖3项、国家级教学成果奖1项，成果曾入选国家“十二五”科技创新成就展、2018年和2019年全国科技活动周展示。主要研究方向：光网络、空天地网络、内生安全、边缘计算与人工智能等。

内容导读

量子通信技术是利用微观粒子的量子态或量子纠缠效应等进行密钥或信息传递的新型通信方式，是量子信息科学的重要分支。量子通信技术基于量子力学的基本原理来保障通信安全，在国防、政务、能源、金融、卫星通信等领域具有广泛应用潜力。当前阶段，量子通信的典型应用形式包括量子密钥分发和量子隐形传态两类。前者通过对单光子或光场正则分量的量子态制备、传输和测量，在收发双方间实现无法被窃听的安全密钥共享，与传统加密技术相结合完成经典信息加密和安全传输；后者基于通信双方光子纠缠对分发(信道建立)、贝尔态测量(信息调制)和幺正变换(信息解调)实现量子态信息直接传输。随着量子通信技术的发展与创新，量子通信组网与应用逐渐引起了业界的广泛关注。为了使大家对量子通信技术有更深入的认识，我们组织了本专题。

量子纠缠是量子信息研究的核心资源，是量子密码、量子隐形传态和线性光学量子计算等研究方向的基础。科研级量子纠缠源存在代价昂贵、对环境要求较为苛刻和量子光信号无法可视化等问题，严重限制了其在教学场景下的普及。针对上述问题，《基于参量下转换的量子纠缠光源仿真模型》选取典型的I型BBO量子纠缠光源，对其实际器件和纠缠光源进行了建模，并利用量子态演化理论，给出了符合计数与实验系统关键器件之间的函数关系。该模型与实验数据保持了较好的一致性。这一方法和思路可推广到其他量子纠缠光源的仿真，也可用于教学和科学实验装置的设计。

在量子与经典光混传系统中，如何将量子信号和经典光信号复用在同一根光纤中以大幅提高系统容量和节约光纤资源是近年来的研究热点之一。在共纤传输过程中，由于量子信号功率极其微弱，容易受到来自经典光信号的噪声干扰。《一种面向量子安全光通信的低噪声波长分配方案》主要研究了四波混频和拉曼散射这两种主要噪声对量子信号产生的影响，提出了一种通过选择性避免部分四波混频噪声，来有效抑制总体噪声的波长分配方案。仿真结果表明所提方案可有效抑制四波混频和拉曼散射噪声的影响，并提高波长资源利用率。

量子密钥分发组网可以将点到点量子密钥分发技术扩展为端到端、多用户的安全密钥分发，标准化是量子密钥分发网络走向实用化的关键。为推动量子密钥分发网络技术研究、标准化与实际应用，《量子密钥分发网络架构及其标准化》梳理了其组网基本原理，并从标准化角度介绍了其网络分层模型和功能架构，讨论了分布式控制、集中式控制、分级控制、集中密钥中继等多种组网方案，进一步剖析了其未来研究趋势及标准化工作展望。

随着第一颗量子科学实验卫星“墨子号”的成功部署，量子密钥分发在自由空间上的应用引起了网络安全通信领域研究人员的广泛关注。自由空间远程量子密钥分发具有低衰减、广覆盖的特点，可以克服基于地面光纤量子密钥分发网络传输距离的限制。然而，目前自由空间中只有1颗量子卫星，量子卫星光组网还面临着许多机遇和挑战。针对上述背景，《量子卫星光网络前瞻》论述了量子卫星光网络的关键核心技术，剖析了自由空间量子密钥分发未来研究趋势及在实际应用中所面临的难题，展望了量子卫星光网络的典型应用场景。

量子网络编码是一种可以提升量子通信网络效率的技术，目前已经验证了其可行性。截止目前为止，国内外研究人员已经提出了一系列代表性的量子网络编码方案。论文《量子网络编码研究进展》总结了量子网络编码的发展和研究现状，分析了量子网络编码的发展方向。随着量子通信技术的迅猛发展，量子网络编码的研究与应用将为量子互联网的建设带来全新的思路。

综上所述，本专题包含了量子通信器件、系统、组网和应用等多个层次的文献，能够反映量子纠缠光源、量子密钥分发系统与组网、量子网络编码等技术的研究现状和关键结论，希望能够给广大读者提供有益的启示和参考。衷心感谢各位作者精心撰稿！