特邀策劃人

教授，博士生導(dǎo)師。北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院執(zhí)行院長(zhǎng)，信息光子學(xué)與光通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。教育部光電教指分委協(xié)作委員。享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家，入選國(guó)家百千萬(wàn)人才工程，有突出貢獻(xiàn)中青年專家。長(zhǎng)期從事光電信息領(lǐng)域科研和教學(xué)，主持承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家973計(jì)劃課題等，榮獲國(guó)家科技獎(jiǎng)3項(xiàng)、國(guó)家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)，成果曾入選國(guó)家“十二五”科技創(chuàng)新成就展、2018年和2019年全國(guó)科技活動(dòng)周展示。主要研究方向：光網(wǎng)絡(luò)、空天地網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)生安全、邊緣計(jì)算與人工智能等。

內(nèi)容導(dǎo)讀

量子通信技術(shù)是利用微觀粒子的量子態(tài)或量子糾纏效應(yīng)等進(jìn)行密鑰或信息傳遞的新型通信方式，是量子信息科學(xué)的重要分支。量子通信技術(shù)基于量子力學(xué)的基本原理來(lái)保障通信安全，在國(guó)防、政務(wù)、能源、金融、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力。當(dāng)前階段，量子通信的典型應(yīng)用形式包括量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)兩類。前者通過(guò)對(duì)單光子或光場(chǎng)正則分量的量子態(tài)制備、傳輸和測(cè)量，在收發(fā)雙方間實(shí)現(xiàn)無(wú)法被竊聽(tīng)的安全密鑰共享，與傳統(tǒng)加密技術(shù)相結(jié)合完成經(jīng)典信息加密和安全傳輸；后者基于通信雙方光子糾纏對(duì)分發(fā)(信道建立)、貝爾態(tài)測(cè)量(信息調(diào)制)和幺正變換(信息解調(diào))實(shí)現(xiàn)量子態(tài)信息直接傳輸。隨著量子通信技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，量子通信組網(wǎng)與應(yīng)用逐漸引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。為了使大家對(duì)量子通信技術(shù)有更深入的認(rèn)識(shí)，我們組織了本專題。

量子糾纏是量子信息研究的核心資源，是量子密碼、量子隱形傳態(tài)和線性光學(xué)量子計(jì)算等研究方向的基礎(chǔ)。科研級(jí)量子糾纏源存在代價(jià)昂貴、對(duì)環(huán)境要求較為苛刻和量子光信號(hào)無(wú)法可視化等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了其在教學(xué)場(chǎng)景下的普及。針對(duì)上述問(wèn)題，《基于參量下轉(zhuǎn)換的量子糾纏光源仿真模型》選取典型的I型BBO量子糾纏光源，對(duì)其實(shí)際器件和糾纏光源進(jìn)行了建模，并利用量子態(tài)演化理論，給出了符合計(jì)數(shù)與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵器件之間的函數(shù)關(guān)系。該模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保持了較好的一致性。這一方法和思路可推廣到其他量子糾纏光源的仿真，也可用于教學(xué)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)。

在量子與經(jīng)典光混傳系統(tǒng)中，如何將量子信號(hào)和經(jīng)典光信號(hào)復(fù)用在同一根光纖中以大幅提高系統(tǒng)容量和節(jié)約光纖資源是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。在共纖傳輸過(guò)程中，由于量子信號(hào)功率極其微弱，容易受到來(lái)自經(jīng)典光信號(hào)的噪聲干擾。《一種面向量子安全光通信的低噪聲波長(zhǎng)分配方案》主要研究了四波混頻和拉曼散射這兩種主要噪聲對(duì)量子信號(hào)產(chǎn)生的影響，提出了一種通過(guò)選擇性避免部分四波混頻噪聲，來(lái)有效抑制總體噪聲的波長(zhǎng)分配方案。仿真結(jié)果表明所提方案可有效抑制四波混頻和拉曼散射噪聲的影響，并提高波長(zhǎng)資源利用率。

量子密鑰分發(fā)組網(wǎng)可以將點(diǎn)到點(diǎn)量子密鑰分發(fā)技術(shù)擴(kuò)展為端到端、多用戶的安全密鑰分發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化是量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵。為推動(dòng)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)化與實(shí)際應(yīng)用，《量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)化》梳理了其組網(wǎng)基本原理，并從標(biāo)準(zhǔn)化角度介紹了其網(wǎng)絡(luò)分層模型和功能架構(gòu)，討論了分布式控制、集中式控制、分級(jí)控制、集中密鑰中繼等多種組網(wǎng)方案，進(jìn)一步剖析了其未來(lái)研究趨勢(shì)及標(biāo)準(zhǔn)化工作展望。

隨著第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”的成功部署，量子密鑰分發(fā)在自由空間上的應(yīng)用引起了網(wǎng)絡(luò)安全通信領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。自由空間遠(yuǎn)程量子密鑰分發(fā)具有低衰減、廣覆蓋的特點(diǎn)，可以克服基于地面光纖量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的限制。然而，目前自由空間中只有1顆量子衛(wèi)星，量子衛(wèi)星光組網(wǎng)還面臨著許多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。針對(duì)上述背景，《量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)前瞻》論述了量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵核心技術(shù)，剖析了自由空間量子密鑰分發(fā)未來(lái)研究趨勢(shì)及在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的難題，展望了量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用場(chǎng)景。

量子網(wǎng)絡(luò)編碼是一種可以提升量子通信網(wǎng)絡(luò)效率的技術(shù)，目前已經(jīng)驗(yàn)證了其可行性。截止目前為止，國(guó)內(nèi)外研究人員已經(jīng)提出了一系列代表性的量子網(wǎng)絡(luò)編碼方案。論文《量子網(wǎng)絡(luò)編碼研究進(jìn)展》總結(jié)了量子網(wǎng)絡(luò)編碼的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，分析了量子網(wǎng)絡(luò)編碼的發(fā)展方向。隨著量子通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，量子網(wǎng)絡(luò)編碼的研究與應(yīng)用將為量子互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)帶來(lái)全新的思路。

綜上所述，本專題包含了量子通信器件、系統(tǒng)、組網(wǎng)和應(yīng)用等多個(gè)層次的文獻(xiàn)，能夠反映量子糾纏光源、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)與組網(wǎng)、量子網(wǎng)絡(luò)編碼等技術(shù)的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵結(jié)論，希望能夠給廣大讀者提供有益的啟示和參考。衷心感謝各位作者精心撰稿！