来源：欧盟量子技术报告

编译：赵悦凯 谌 为

量子物理是在20世纪初叶的欧洲由一代年轻的物理学家创立的，这些物理学家的名字现如今仍耳熟能详：玻尔、普朗克、爱因斯坦、海森堡、薛定谔、泡利、狄拉克、居里、德布罗意等等。量子物理从根本上改变了我们对光和物质在微观尺度下的行为的理解，它告诉我们物体可以在同一时刻保持不同的状态（态叠加），且能在没有任何直接物理相互作用的情形下紧密连接（量子纠缠）。

量子物理的研究同样对我们的日常生活产生了深远的影响：第一次量子革命催生出了许多开拓性技术，例如晶体管和激光，如果没有这些技术，现在的计算机、移动电话和英特网将不可能实现。

100年过去了，我们通过使用具有先前未开发的量子效应的材料，为第二次量子革命奠定了基础。它为下一代的突破性技术提供了一个全新的概念平台，可以使传统信息和通讯技术上升到一个全新的高度。

通信安全对消费者、企业和政府都具有重要的战略意义。目前，通信安全是由经典计算机加密构成的，却很容易被量子计算机攻破。这就推动了不可被量子计算机攻破的加密方法——量子密码术的发展。因为基于量子加密的安全方案是量子随机数生成的（大多数加密协议中的关键原语），所以它也同样对量子计算机的攻击免疫，这一技术现已在商业上使用。但是它们只能在不超过300公里的距离范围内有作用：量子信息十分安全是因为其不可被克隆，但是也因为其不可被克隆，它也不能通过常规的中继器中转。基于可信节点或完全量子设备的中继器反而有可能涉及卫星，并需要达到全球距离。可信节点计划的优势在于，他们能够根据许多国家的要求提供合法拦截的渠道。量子中继器及利用多模量子存储器的优势在于能够扩大可信节点之间的距离。建立完整的量子中继器的主要困难有两方面：要找到一个小的量子处理器和量子接口来完成由信息向光子的转化，这类似于现在因特网上使用的光电子元件，并具有量子的功能性。量子中继器研究壁垒的相关内容已经在研究室中得到很好的证明，但仍需要几年的研究开发才能将它们推向市场。只要这一技术能够实现，真正的广域互联网安全系统将会成为现实。

量子通讯包括量子态的产生和应用以及通信协议资源。通常情况下，安全协议是建立在密钥的量子随机数生成器（QRNG）以及安全性分布的量子密钥分配器（QKD）上的。它的主要应用是有保证的安全通信、长期安全存储、云计算以及其他加密的相关任务，当然在未来也有可能形成一个“量子安全网络”用来分配量子资源，例如牵连和连接远程设备和远程系统。

为更好发展量子通信计算，欧盟计划：

三年内：QRNG和QKD设备及系统的研发及认证；高速、高TRL、低部署成本的网络运行新型协议和应用；以及量子中继器的系统和协议的发展、量子记忆和长距离通讯。

六年内：为城际与市内网络打造的具有成本效益和可拓展性的设备和系统，以及连接设备和系统的量子网络的可扩展性解决方案。

十年内：开发自主城域、长距离（>1000km）基于量子纠缠的网络，即“量子互联网”，以及利用量子通讯技术提供的新特性的网络协议。

在学术和工业领域中，促进标准化和认证化的相关工作应当在上述的每一个阶段都得到解决。

在达到上述目标的同时，开发相关工具：

建立在标准QRNG和QKD上的软件开发，以及对其认证的全新方法，包括量子网络性能的测试和评估；针对实际系统的高效算法和安全证明，包括为整体安全解决方案设计的传统加密与量子加密结合的技术和拓展潜在的应用市场。

能够达成缩放比例和批量制造的工程控制解决方案，例如，高速电子与光电子学发展，包括FPGA/ASIC、集成光子学、专用的光纤系统、包装、紧凑型低温系统和其他关键使能技术。

计划中必须清晰地解决量子通信中识别应用的难关。计划应当确定三年内的当前TRL水平和目标TRL水平，并且能够清楚地给出未来六到十年的前景。可以预计该计划将包括多学科团队解决理论、实验和技术开发，以及与应用目标TRL相关的学术上与工业上的合作伙伴。对于超过500公里进行量子通讯这一挑战，该项目应当作为一个准备行动的形式，旨在确定大规模部署的框架。合作伙伴的数量及预算的数值应当充分反映出其对于目标对象的雄心和广度。