量子通信網絡構建需解決四大問題

發布日期：2025-09-11 14:28:38  瀏覽次數：1136 來源：C114通信網

9月11日消息，第二十六屆中國國際光電博覽會（CIOE中國光博會）本周在深圳盛大開幕。在期間舉行的“2025國際量子技術科學前沿論壇”上，上海交通大學副教授王濤發表題為《連續變量量子通信技術及網絡化研究》的重要演講，他不僅詳細梳理了量子互聯網的發展歷程，同時針對量子通信網絡構建所面臨的關鍵挑戰以及圍繞此展開的實踐成果進行了深入分享。

據其介紹，上海交大重點打造了量子感知與信息處理研究所（QSIP），研究方向包括量子通信、量子傳感、量子智能。目前該研究所受聘為“合肥國家實驗室”基地單位、“上海量子科學研究中心”核心成員，并隸屬于“光子傳輸與通信國家重點實驗室”，且相繼獲得中國電子學會技術發明獎、湖南省自然科學獎等，可以說是成績斐然。

“量子互聯網的發展可以分為六個階段，其中前三個階段偏向于通信，后三階段偏向于計算。”王濤指出，量子通信網絡階段主要涉及點到點可信中繼QKD網絡、端到端量子中繼QKD網絡與糾纏分發網絡（安全性提升）的構建，量子計算網絡階段則將相繼經歷量子存儲網絡、具有容錯能力的計算網絡以及通用量子計算網絡（算力增強）不同時期。

根據《量子信息和量子技術白皮書》，量子通信技術的定義為利用量子比特作為信息載體進行信息交互的通信技術。量子通信網絡可以實現多節點量子密鑰分發功能。

量子通信網絡的基本單元分為基于離散變量（DV）編碼的量子比特（qubit）與基于連續變量（CV）編碼的量子模式（qumode）——也即光場量子化。資料顯示，基于連續變量的量子通信最大的特點是可以使用成熟的光通信器件，易于與現有網絡融合，非常適合構建未來的量子安全城域網。

王濤表示，目前，基于連續變量量子密鑰分發性能已實現大幅提升。在上海交大參與的量子重點研究項目成果方面，不完全統計顯示，2011年，上海交大完成首個全量子集成系統（27.2km）；2016年，上海交大完成首個超百公里的CVQKD實驗（150km）；2024年，上海交大完成首個Gbps安全碼率實驗（1.09Gbps）。

量子通信網絡構建面臨關鍵挑戰

據其介紹，當前基于連續變量量子密鑰分發的主要研究趨勢包括——安全傳輸距離和安全成碼率不斷增加，達到高性能，傳輸距離200公里，碼率達到Gbps。但同時，當前相關研究亦面臨著顯著的技術挑戰，首先是更長安全距離需要克服有限碼長效應；再者是更高成碼率需要提升實時后處理速率。

王濤分析道，目前量子通信網絡構建需要解決包括多用戶、小型化、融合性以及跨介質在內的四大問題。具體來看，在多用戶方面，需要保障用戶間信號不串擾；在小型化方面，需要實現QKD網絡節點的小型化；在融合性方面，需要實現與經典光網絡協同工作；在跨介質方面，需要實現在光纖不可達的地方實現QKD接入。

“發展量子通信網絡的意義一方面在于進一步擴展QKD應用范圍，另一方面也可為高階量子網絡的構建奠定物理基礎。”他談到，目前包括上海交大量子感知與信息處理研究所團隊在內的全球量子科研團隊已經針對這些挑戰展開了具體的技術攻關與試驗，且取得顯著成果。

例如，在解決多用戶干擾方面，連續變量量子通信技技術特點與接入網場景適配，因此適合在經典光纖接入網架構中直接部署——也即形成連續變量量子接入網。同時，針對量子接入網中大量用戶接入時串擾大/成本高的問題，王濤教授團隊提出了一種基于多頻率模式的連續變量量子通信接入網，通過往返式光學結構，實現了每個用戶僅需要1個信號調制器，便可支持網絡用戶靈活接入。

為探究連續變量量子接入網頻帶利用率極限，王濤教授團隊還提出了一種基于多正交頻率模式（OFDM）量子接入網方案，攻克了針對網絡多徑效應的循環前綴技術和正交頻分復用量子信號生成探測技術，實現3個用戶安全成碼驗證，安全成碼率總和達到4.06Mbps@25km。

此外，該團隊在基于頻率\時間混合模式的量子通感一體網以及基于多波長模式的并發CV-QKD網絡等方面亦取得了實質性的研究成果，并針對此在國際權威刊物上發表了多篇重要論文。

眼下，通過對不同技術挑戰的持續攻關克服，其團隊正在對量子通信網絡實現更進一步的拓展。王濤教授介紹稱，“我們正在基于連續變量量子通信技術，將局端的量子通密一體化設備連接起來，構建量子通信網絡。當前，團隊依托現有的實際光纖網絡，以上海交通大學教育網及大零號灣區域為核心，構建閔行區量子通密一體化網絡，并進一步融入分布式量子傳感和計算的功能。”