光纤量子通信研究方向

　　本研究方向以国家重大战略需求和交叉前沿领域为导向，以光子作为信息载体、光纤作为传输媒介，从实验方面瞄准广域量子信息物理的一系列关键科学与技术问题并开展相关科学研究，开展量子密码和量子通信研究，主要研究方向有：

　　1）远距离量子密钥分发技术的研究，和城域城际量子通信组网技术，探索并拓展其组网能力、安全性分析及和应用效果等；

　　2）针对实际应用中光纤链路资源紧缺，成本高昂等问题，通过研究新的波分复用和抑制拉曼噪声技术方法，实验验证量子信息技术在不同环境下与经典通信波分复用的可行性，探索城域全波分网络的可行性；

　　3）在现实条件下提高地面网络设备的安全性，结合冷原子量子中继，扩展量子通信安全距离，发展全量子网络；

　　4）研制超高亮度的通信波段纠缠光源、研究超高亮度的纠缠源在城际通信网络中的量子隐形态传输中的应用；

　　5）开展新型量子通信方案的研究，开展更远距离、网络化、实用化、更高安全性的相关工作研究等。

量子中继研究方向

　　单光子在光纤信道中传输时随着距离的增加而指数衰减，当衰减至与探测器的噪声水平相当时就将无法开展安全量子通信，其限制了当前最远距离为500公里左右。量子中继方案的提出原理上解决了这一问题。其基本思想为将一个远距离的量子信道分为较短的若干子信道；在每个子信道进行量子纠缠分发，并结合量子存储确定性产生子信道两端间的量子纠缠态；之后利用量子纠缠交换技术连接每段子信道，并利用纠缠纯化技术提升纠缠品质，最终实现在整个远距离信道首尾两端高效地建立量子纠缠；利用此异地纠缠即可开展任意的量子通讯方案了，如量子密钥分发、量子态隐形传输、分布式量子计算等。因此，量子存储及量子中继技术成为了远距离量子通信及未来量子网络系统中核心关键之一。此方向研究内容主要包括提升存储时间、读出效率、纠缠产生概率、操作保真度、通讯波段接口效率等主要性能，以及针对单一实验系统进行存储性能综合并开展多节点多级次的量子中继及量子网络研究等。希望通过以上研究将解决量子中继规模拓展过程中的关键障碍，使量子中继逐渐由原理走向实用。

自由空间量子通信研究方向

　　未来全球化量子通信网络将会是天地一体化的网络，地面通过光纤量子通信网络和高效的量子中继器实现城域的覆盖和城际的连接，空间通过将低轨、中轨、同步轨道的多颗卫星结合起来，构成与经典通信网络类似的量子星座网络实现广域的连接。自由空间量子通信研究部朝着“全球化量子通信网络”这一目标，开展更远距离量子信息实验研究，包括进一步发展空间量子通信技术，研发更高亮度量子光源、更高精度量子探测，突破万公里级星地信道建立与保持、日光噪声限制等关键技术，建立覆盖全球、全天时的空间量子通信骨干网；在空间更大尺度下检验量子力学基本原理；探索全天候量子通信解决方案，促进量子通信网络的稳定运行；并将技术应用到空间量子精密测量等方面，开展自由空间高精度时频传递、高轨超冷原子实验、超高稳定超低散射空间光干涉、引力红移测量等方面的研究，探索利用量子通信技术在空间大尺度开展基础物理实验的可行性。

量子通信技术标准与应用研究方向

　　标准作为科学、技术和实践经验的综合成果，能引领新技术、新业态的发展壮大。量子通信技术标准化作为推动量子技术从理论实验走向产业化发展的重要工具，受到了国内外广泛重视。在基于光纤网络的量子通信技术和空间量子通信技术方面的系统性的深入研究基础上，开展量子通信标准化和安全攻防研究，建立量子密钥分发关键组部件、设备、系统、网络、与经典信息安全融合应用的标准体系；开展量子通信安全攻防等研究，推进量子通信系统的安全测评与认证；在标准化成果基础上进一步推动典型行业技术验证和应用示范。