量子科学与技术是由物理科学与信息科学等多个学科交叉融合而形成的一门新兴前沿学科,主要包括“量子计算”“量子通信”和“量子精密测量”三大方向,具备重大的科学价值和应用前景^[1]。2020年9月28日,美国为保持其在量子科学领域的国际领先地位,成立了国家量子计划咨询委员会^[2]。与此同时,日本、德国、英国、欧盟等国家也不断加大规划布局与支持力度,量子信息技术已成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。在此国际竞争的战略背景下,量子科技领域的研究成果将给政府、企业以及社会的各个方面带来潜在变革^[3]。发展量子科技,对保障国家安全、促进国家高质量发展具有重要意义。2020年10月16日,习近平总书记在中共中央政治局第24次集体学习中强调,要加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋^[4]。

中国是较早开展量子科学与技术研究的国家,在量子通信领域处于全球领先地位,尤其是量子保密通信研究,是引领全球创新的代表性研究方向之一。2016年8月,中国成功发射世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”,标志着中国量子通信研究迈出重要一步,为构建全球化量子通信网络打下坚实基础^[5]。2017年9月,中国开通全球首条远距离量子保密通信骨干网线“京沪干线”,正在为探索量子通信干线业务运营模式进行技术验证,已在金融、电力等领域初步开展了应用示范,并为量子通信标准的制定积累了宝贵经验^[6]。2018年1月,“墨子号”首次实现北京和维也纳之间相距7 600千米的洲际量子保密通信,标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。2020年6月,中国科学技术大学潘建伟院士团队通过物理原理确保了卫星传输密钥的安全问题,将地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级,在国际上首次实现了基于纠缠的千公里级量子密钥分发^[7]。2020年9月,“量子直接通信技术”作为全国科技创新中心建设的重大成果之一在2020中关村论坛发布会上发布。《6G研究白皮书》指出,量子安全直接通信是高安全性量子通信协议,超越了量子密钥分发的密钥分发功能,具有窃听侦测的能力,在下一代安全通信方面将展现出巨大的潜力。量子直接通信样机也被《北京市“十四五”时期国际科技创新中心建设规划》定位为“世界级重大原创”科研成果。虽然中国在量子信息技术的个别领域已有很大突破,但相关技术和应用还存在不少短板,发展面临多重挑战。要想进一步发掘国家在科技竞争、产业创新和国防经济建设方面的潜力,必须加快量子通信等尖端领域技术布局,才能尽快实现“弯道超车”^[8]。

近些年来,一些学者对量子科学与技术的研究进展及热点进行了分析。例如,张志强等^[1]利用文献计量学方法对全球量子科技研究的国际竞争势态进行分析;张倩等^[9]对量子信息领域的专利及论文数据进行统计,分析量子通信等热点研究领域的发展趋势。量子通信作为中国引领全球创新的代表性研究方向之一,受到越来越多学者的关注。如彭小宝等^[10]对全球量子通信领域专利大数据进行了竞争战略分析。通过文献梳理发现,有关量子通信的研究呈现碎片化的特征,针对量子通信研究进行文献计量及可视化分析的研究尚不多见。为更全面系统地了解全球量子通信发展态势,分析中国量子通信发展形势,更好推进中国量子科技发展,本研究利用定性和定量相结合的方法,通过可视化软件对量子通信相关文献进行分析,以期从发展阶段、研究力量、研究主题等视角探究量子通信演进趋势及前沿热点,为中国政府和研究机构在量子通信领域的理论及应用研究提供决策参考。

本研究选取科学引文索引（SCI）数据库为来源数据库,以量子通信主题相关的所有研究论文为研究对象。在Web of Science中选择SCI数据库,用检索式"quant* communication*"进行主题检索,文献类型限定为“Article”,共得到4 500条检索结果。分别以Excel与纯文本文件格式导出所有结果的完整记录。点击“分析检索结果”按钮,选择研究方向、出版年、作者、国家/地区、机构等类别获取相关数量分布。将检索结果导入InCites数据库,从数据集按钮选取相应检索结果数据集,按照分析选项选择“研究方向”,依次点击每个研究方向的“Web of Science论文数”超链接,检索结果为每篇论文的详细信息,包括标题、作者、来源期刊、出版年、被引频次、PSA等。以csv格式下载所有记录并另存为Excel格式,合并所有文件数据,最终共获取到4 452篇论文的PSA。检索日期为2021年8月6日。

采用文献计量和可视化方法对数据进行分析。利用Excel对获取论文的时间分布、高被引论文、作者、国家、机构、关键词等进行统计分析,制作论文产出量变化趋势折线图。利用VOSviewer软件制作作者、机构、国家的合作网络与主题词共现网络,分别选择作者、国家、机构、关键词为分析节点类型,设置相关参数得到分布网络图。在图中,结点的大小代表结点共现的频率,结点越大表示该结点出现的次数越多。结点间的连线粗细代表节点间的关联程度,连线越粗其关联关系越紧密。利用CiteSpace软件进行关键词的突现分析,将下载的纯文本文件导入软件,时间切片设置为1年,点击控制面板的burstness界面,适当调整γ等参数大小,获取突现词信息。

本研究共获取量子通信相关论文4 500篇,出版时间跨度为1976–2021年。相关论文分布于85个国家,其中来自中国作者的论文共1 657篇,占全部论文的36.82%,其次为美国,占19.42%。分析论文的研究方向发现,4 500篇论文共涉及48个研究方向。有68%的论文属于物理领域,另外,涉及光学、科技及其他主题、计算机科学、工程科学、材料科学、电信、化学、数学几个方向的论文分别占论文总数的37.2%、9.9%、8.0%、7.9%、3.9%、2.4%、1.6%、1.5%,还有少量论文涉及其他研究方向。由此可知,量子通信领域的论文并非仅涉及物理学,还与其他多种学科息息相关。

SCI论文数量增长趋势在一定程度上可以反映出量子通信研究的发展历程。20世纪70至80年代,将量子力学应用于信息科学的开创性设想被提出,从此开启了量子通信的发展历程。如图1所示,量子通信的发展呈明显的指数增长趋势,该过程大致分为以下三个阶段：（1）萌芽探索期（1976–1990年）：伴随着量子力学相关概念的引入,量子通信等主题逐渐受到研究者关注,但该阶段量子通信研究极少,文献数量仅有5篇;（2）稳步成长期（1991–2011年）：量子通信研究从1991年起才真正进入发展时期,99%以上的论文是1991年以后发表的。该阶段发文量逐年升高,每年平均发文量为66.0篇,其中2010年的发文量最高,达到187篇;（3）迅速爆发期（2012至今年）：近年来,量子科学与技术领域已成为国际科技竞争的焦点之一,在量子计算、量子模拟、量子通信、量子密码和量子传感等领域都取得了重要进展^[11]。2014年,中国成立中国科学院量子卓越中心,加快提升量子科学与技术领域科研、人才、学科“三位一体”的协同创新能力^[12]。在此期间,量子通信相关研究发展迅速,论文产出增长迅猛,每年平均发文量为311篇,在2020年发文量达到425篇。

在SCI中共检索到量子通信主题研究的作者8 807位,发表50篇及以上论文的作者有6人（0.07%）,发表10篇及以上的作者有298人（3.38%）,发表1篇的作者有5 521人（62.69%）。发表论文最多的作者为中国科学院院士、量子信息学家郭光灿,发文量为178篇。作为中国量子科技的先行者,郭光灿为国内量子光学、量子密码、量子通信和量子计算等众多研究领域贡献了“第一推动力”。在他的带领下,量子信息实验室根据学科发展和国家需求不断拓展新的科研领域,创造出一批国际领先的科研成果^[13]。第二位为北京师范大学邓富国教授,南京邮电大学盛宇波教授位于第三位,其次为中国科学技术大学潘建伟、南京邮电大学周澜等。

高产作者不一定代表着该领域的核心力量,核心作者还应具备较高的学术影响力。因此,本研究选取发文量30篇以上、被引频次排名前20位的作者为高影响力作者（如表1所示）。排名第一的是中国科学院院士、著名物理学家潘建伟,作为国际上量子信息实验研究领域的开拓者之一,潘建伟率带领团队成功研制国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”,建成国际上首条量子保密通信骨干网“京沪干线”,构建了首个空地一体的广域量子保密通信网络雏形,使中国量子保密通信的实验研究和应用研究处于国际领先水平^[14]。第二位为奥地利科学院院长Anton Zeilinger,是国际上量子物理基础检验和量子信息领域的先驱和重要开拓者。第三位为瑞士日内瓦大学教授Nicolas Gisin,长期从事量子物理基础、量子通信理论与实验、实用化量子密码等方向的研究,曾获瑞士科学界最高奖项——瑞士科学奖。观察高影响力作者分布,我们发现20位作者中有11位来自中国,其中潘建伟、邓富国和盛宇波位列高影响力作者排名前10。整体来看,中国作者在量子通信领域表现出较高的影响力。

为更加直观地了解量子通信研究的作者合作情况,本研究利用VOSviewer软件制作了作者合作发文网络。如图2所示,作者分布中共有8 807个代表作者的网络节点,这一数值远大于获取的文献总量4 500篇,代表作者间联系的节点连接线共6 517条,说明量子通信研究主题作者合著现象明显。目前量子通信领域作者网络间联结呈现出极强的集团军模式,尤其是中国作者,中科院量子卓越中心的科学家形成了几个密集的合作团队,如以郭光灿、潘建伟等为中心的科研团队,呈现出极强的合作关系。部分科学家相对独立,更倾向于独立展开研究。总的来说,量子通信领域的作者合作程度相对较高,以团队内合作为主,各团队间有不同程度的合作关联关系。

近年来,量子信息技术在世界迎来快速发展,在中国表现得尤其显著。中国拥有庞大的量子信息技术需求市场,量子通信产业赶超欧美,全球领先。中国量子通信产业化的浪潮吸引了国内外的高度瞩目,许多国家的科学家都在积极推动与中国的学术交流与合作。如高影响力作者排名第二的Anton Zeilinger,他与中国科学院以及中国工程院等机构长期保持着沟通和交流,并与多家单位建立密切合作关系。他的团队合作参与了中国科学院主导的洲际量子通信实验,在国际上首次实现了北京—维也纳两地的量子保密通信^[15]。高影响力作者排名第三的Nicolas Gisin作为国际量子信息科学领域的领军人物之一,创办了全球最著名的量子通信企业IDQ。2016年,IDQ与浙江九州量子信息技术股份有限公司合作,九州量子取得了IDQ在量子密钥领域全部相关专利在中国的唯一使用授权^[16]。

量子通信研究与国家信息及国防安全息息相关,已经成为发达国家优先发展的战略性领域。为进一步了解量子通信领域成果突出的研究机构与各国研究现状,本研究统计了量子通信领域各个国家与机构的发文情况,并制作了分布网络图谱,直观反映不同国家或地区及科研机构的研究能力和贡献度。

前15位核心国家/地区发文情况如表2所示,中国以1 657篇的发文量位居榜首,占比36.82%。其次为美国、德国、英格兰、加拿大、日本等,发文量占比分别为19.42%、9.6%、7.49%、6.36%、6.18%。整体来看,量子通信领域的论文产出集中在中国与美国,二者论文产出总量占全球总产出的56.24%,中国与美国论文产出优势相对明显。

为进一步了解各个国家/地区在量子通信领域的动态发展过程,本研究统计了量子通信研究发文量最多的前10个国家/地区的论文出版年分布。如图3所示,日本是量子通信研究起步最早的国家,从1977年起陆续发表量子通信相关主题文献;其次是美国,从1988年开启了量子通信研究;英国在1992年出现了第一篇相关主题文献;奥地利、澳大利亚等国家紧随其后,1994年开启了量子通信相关研究;意大利和瑞士从1996年开始陆续出现相关文献;中国量子通信研究相比之下起步较晚,1998年才出现第一篇相关文献。如图3所示,虽然日本、美国、英国、德国等国家对量子通信的理论和实验研究开始较早,但发展较为平缓,而中国量子通信研究发文量呈指数增长的趋势,发展极为迅速。在全球量子通信竞争的背景下,虽然中国起步并非最早,但随着中国科学技术的快速发展,中国于2008年超过美国等国家并不断拉大差距,目前在量子通信领域已实现了“弯道超车”,处于引领地位。

图4体现了量子通信领域不同国家/地区间的合作情况。目前,各个国家间有不同程度的合作,中国在该领域处于引领地位,与美国、德国、英国、加拿大等国家的合作趋势明显。

前15位高产机构集中在中国、美国、德国、法国等国家,其中有6所机构来自中国。中国科学院以357篇的发文量高居榜首,占比7.93%,第二位为中国科学技术大学,占比5.67%,其次是德国马克斯·普朗克学会、北京邮电大学、法国国家科学研究中心、清华大学,产出占比分别为3.09%、2.93%、2.51%、2.4%。可以看出,中国科学院与中国科学技术大学的发文量与其他机构相比优势明显。2014年,中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心在中国科学技术大学成立,在量子通信领域做出了卓越贡献,已成为国际上具有重要影响的创新高地。

量子通信领域机构合作网络如图5所示。结点的大小代表机构共现的频率,结点越大表示该机构作者论文产出越多。结点间的连线粗细代表结点间的关联程度,连线越粗机构间关联关系越紧密。进一步研究网络分布图谱可以发现,机构间合作网络联结较多,由中国科研机构占据主导,产出较多的是以中国科学院为核心,以中国科学技术大学、北京邮电大学、新加坡国立大学、北京大学、山西大学等为分支的合作网络。其次是新加坡国立大学、德国马克斯·普朗克学会、瑞士日内瓦大学、美国麻省理工学院、奥地利科学院等机构形成的合作网络。整体来看,合作机构主要集中在高校,合作关系多存在于国内机构间,中国机构间合作紧密,呈群簇势态。

高影响力论文可以反映出该领域学者重点关注的内容及研究热点,具有较高的学术参考价值。为甄选出量子通信领域的高影响力论文,本研究应用InCites数据库中的学科领域精确百分位数指标（Percentile in Subject Area,PSA）对获取的论文进行评价。PSA是由同一年度同一类型文献的被引频次在各自学科的排序决定的,被引频次值越大,其百分位数越小。如果一种期刊被划分到多个学科,其论文百分位按照绩效表现最佳（即PSA最小）者来确定^[17]。PSA对被引频次进行了年度、学科、文献类型的标准化,具有较好的评价效果。在最新版的InCites数据库中,该指标已进行了正向转换,被引频次值越大,其百分位数越大。对量子通信领域论文的PSA进行统计,PSA前20位的论文情况见表4。

高影响力论文对量子通信领域研究产生了深远影响,代表了量子通信研究的重要成果与热点方向。如Wallraff等^[18]应用电路量子电动力学技术,将单个光子强耦合到超导量子位,为光与物质的强相互作用带来了许多新的可能性。Bennett等^[19]为实现超导电路中腔量子电动力学的强耦合极限,提出了一种使用一维传输线谐振器的可实现架构,为原子物理实验的宏观模拟和量子计算与控制提供了新思路。高斯量子信息处理为量子通信、量子密码学、量子计算、量子隐形传态以及量子态和信道鉴别等应用开辟了道路。Weedbrook等^[20]重点关注依赖于高斯态、高斯运算和高斯测量的任意组合的连续可变量子信息过程,从理论研究与实验实现的角度对该领域最新的研究成果进行了综述。量子存储器是实现长程量子通信和量子计算机的重要部件。长程量子通信需要量子中继器,以克服单光子信号在传输信道中的指数衰减问题。清华大学量子信息中心段路明等^[21]提出DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）方案,利用原子量子存储器和单光子信道的结合以抑制衰减。该方案在量子信息领域引起很大反响,美国、中国、欧洲的多个研究组致力于在实验室实现该方案,取得了一系列重要进展。中国科学技术大学和南京邮电大学合作完成Quantum secure direct communication with quantum memory,在国际上率先为基于纠缠的量子安全直接通信理论提供了关键的实验支持,使得量子安全直接通信得到国际学术界的广泛认可,并引发后续一批实验,为量子直接通信样机的研制奠定了实验基础。

进一步分析论文PSA排名前20的论文发现,高影响力论文分布在Nature（《自然》）、Physical Review Letters（《物理评论快报》）和Reviews of Modern Physics（《现代物理评论》）等期刊。20篇论文中有4篇出自中国作者,分别是清华大学段路明等撰写的Long-distance quantum communication with atomic ensembles and linear optics（《应用原子系统和线性光学进行远距离量子通信》）、中国科学技术大学的张伟等撰写的Quantum secure direct communication with quantum memory（《应用量子存储器的量子安全直接通信》）、中国科学技术大学潘建伟等撰写的Multiphoton entanglement and interferometry（《多光子纠缠和干涉度量学》）、南京邮电大学周澜等撰写的Device-independent quantum secure direct communication against collective attacks（《设备无关的量子安全直接通信对抗集体攻击》）。统计20篇论文的关键词发现,量子态、纠缠分发、密钥分发是出现次数较多的关键词,是量子通信领域高影响力论文的热点研究方向。

关键词是了解科研热点的重要指标,基于关键词的共现可以直观地展示出该领域共同出现的关键词的聚类分析,呈现出该领域热点分布情况^[22]。对SCI的4 500篇论文进行统计,共得到关键词4 402个,将关键词阈值设置为8,其共现聚类图见图6。在图中,结点的大小表示关键词共现的频率,结点越大表示该关键词出现的次数越多。结点间的连线粗细代表关键词间的关联关系,连线越粗其关联关系越紧密。关键词频值在8以上的共有105个关键词,出现频次最多且与其他关键词联系最紧密的5个关键词分别为: quantum communication（量子通信）、quantum cryptography（量子密码）、quantum key distribution（量子密钥分发）、 quantum entanglement（量子纠缠）、quantum information（量子信息）。

为了进一步分析量子通信研究的发展历程,本研究将1991年量子通信研究起步后每五年划分为一个阶段,通过关键词共现分析每个阶段出现的研究热点,从动态的角度研究量子通信领域研究热点的演进趋势。1991年起,量子通信研究开始发展,每五年为一个阶段的关键词共现网络见图7。

1991–1995年,量子通信研究处于起步阶段,相关关键词出现的频次较少,都在5以下。传统的光通信仍是学者们关注的热点,双光子干涉、光子相关测量、散粒噪声等也是研究较多的主题,贝尔不等式、量子对、接收量子态控制等相关基础研究开始出现。1996–2000年,量子通信成为最热的主题,相关主题词逐渐增多,量子通信、状态、纠缠、传送、计算等词频都在10以上,密码学、贝尔定理、噪音通道、量子对等基础研究逐渐发展。量子通信基础研究的不断完善,为后续的发展奠定了基础。2001–2005年,量子通信仍是本领域最热的主题。在此阶段,量子纠缠等主题受到学者们的关注,词频达到81,成为这一时期的热门主题之一。量子密码主题研究快速发展,词频达到39。量子信息传送、量子密钥分发、量子计算等研究开始出现。2006–2010年,量子通信主题研究发展迅速,量子通信、量子纠缠、量子密码、量子计算、量子光学、量子安全直接通信、量子密钥分发等关键词逐渐涌现。该阶段是量子通信领域学术概念形成与研究模式快速完善的过程,为量子通信后期的迅速发展打下坚实基础。2011–2015年,从关键词数量及出现频次上看,这一阶段量子通信主题研究到达了迅速发展时期,随着前期研究的铺垫与数据的不断丰富,科学家们逐渐关注应用研究。量子通信依然是最热的研究主题,量子密钥分发、量子通信、量子密码、量子纠缠、量子计算、量子安全直接通信等成为了研究热点。2016–2020年,量子纠缠、量子通信、密码学是量子通信领域的研究热点,这一阶段出现的关键词还有量子密钥分发、保密性、信息泄漏、量子对话、量子中继器、轨道角动量等,实用化的量子密码学等研究快速发展,研究更加细化,实证研究更加丰富。

突现词是指在特定的统计区间内,词频出现率较高的几个或几组关键词^[23]。本研究使用CiteSpace软件统计了1991年至今量子通信领域研究的突现词,表5为调整突变算法参数后得到的40个突现词,反映了量子通信领域不同时期的研究热点及演进趋势。

从关键词突现强度与时间跨度看,quantum computing（量子计算）、pair（量子对）、state（状态）等关键词的突现强度高于其他突现词,尤其是量子计算,突现强度为11.51,说明其对量子通信领域的影响尤为突出。量子计算是一种基于量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式,与传统的通用计算机相比,量子计算机由量子比特或量子位构成,一个量子比特对应一个状态（state）,其计算速度会大大超越传统计算机。2019年8月13日,中国量子计算研究获得重要进展,中科院院士、中国科学技术大学潘建伟教授与陆朝阳、霍永恒等人领衔,和多位国内及德国、丹麦学者合作,在国际上首次提出一种新型理论方案,在窄带和宽带两种微腔上成功实现了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源,为光学量子计算机超越经典计算机奠定了重要的科学基础^[24]。统计发现,orbital angular momentum（轨道角动量）、entanglement concentration（纠缠浓缩）、quantum network（量子网络）等关键词也有较高的突现强度,对量子通信研究产生了较大的影响。2012年南京邮电大学盛宇波教授在国际著名物理期刊Physical Review A 上发表了两篇利用单光子辅助实现纠缠浓缩的论文,该成果突破了美国科学院院士Bennett于1996年提出的需要多对纠缠,且只能浓缩两粒子贝尔态的纠缠浓缩理论的限制,被国内外研究广泛采用,用于多粒子W态,cluster态,x态,超纠缠,以及原子、电子、金刚石色心等固体纠缠浓缩,掀起了entanglement concentration（纠缠浓缩）、hyperconcentration（超浓缩）等研究热潮。“量子对”是突现时间最长的关键词,从1994年开始至2009年结束共15年。其次是“量子计算”,从1996年开始至2006年结束共10年,“不等式”从1994年开始至2003年结束、“存储”从2001年开始至2010年结束共9年。这些词是引导量子通信研究起步发展的关键性理论及应用,对该领域发展产生了长远影响。

从突现词的时间演进看,1991年以来,量子通信研究逐渐起步,量子计算、EPR通道、贝尔不等式、经典信息论、光子对等基础理论及概念逐渐出现在科学家的视野。2007年以后,在基础理论及应用研究的基础上,量子纠缠、量子密钥、纠缠浓缩、量子存储、轨道角动量、量子网络等更深层次的研究不断发展。近年来,量子保密通信受到了学者们的关注。目前,基于量子密钥分发的量子保密通信已进入初步实用化阶段,有望成为提升网络信息安全防护能力的有效方案之一^[25]。2019年,密码、安全性等关键词突现,引起了科学家们的热烈讨论。同年12月,Physical Review Applied发表了一篇名为Laser-seeding attack in quantum key distribution（《破解量子密钥分发的激光注入式攻击》）的论文^[26],文章提出,“量子通信理论上是绝对安全的”不是一种正确的科学表述方式。此观点对于量子通信工程化具有重要的指导意义,量子通信的安全性问题再度引起了量子科技领域研究者的关注。与此同时,量子存储、量子互联网、量子传播等研究方向也受到科学家广泛关注,至今仍是学者们研究的前沿主题。

从未来发展趋势看,量子网络、轨道角动量、量子密码、量子存储、量子互联网、安全性等是量子通信领域今后的前沿主题。在此之前,中国科研队伍在量子通信的前沿领域已取得了一系列重要成果。2016年,中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿带领中科院量子信息重点实验室在轨道角动量光子的量子频率转换研究领域取得系列进展,开辟了量子光学与非线性光学研究的新篇章。携带轨道角动量的光束在精密测量、微小粒子的囚禁与操控以及基础物理研究等领域具有重要应用,基于轨道角动量编码的光信息处理由于其信道容量大的优点已成为光通信领域的研究热点,应用轨道角动量编码构建高维量子网络是今后量子通信领域的一个重要研究方向^[27]。2017年,中国和奥地利的科学家在北京和维也纳两地开启了世界洲际量子保密通信,首次进行了视频通话,标志着量子通信领域的巨大突破。同年,世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通,实现了洲际量子保密通信。2020年9月,“量子直接通信技术”作为全国科技创新中心建设的重大成果之一发布,量子直接通信样机也被定位为“世界级重大原创”科研成果。这些重要成果为未来量子通信在政务、国防、金融、电子信息等领域的大规模应用打下了坚实基础。

量子通信研究从主题演进上可分为明显不同的三个阶段,各阶段的研究热点有所不同。量子通信研究从1991年起才真正进入发展时期,之后,量子通信研究逐渐起步,光通信、量子对、贝尔定理、经典信息论等基础理论及概念逐渐引起科学家重视,该阶段是量子通信领域学术概念形成与研究模式不断完善的过程,基础研究的不断发展为量子通信后期发展奠定基础。2011年起,无论是从发文量还是关键词数量上看,量子通信研究到达了迅速发展时期。量子通信相关研究发展迅速,论文产出增长迅猛。随着前期研究的铺垫与数据的不断丰富,科学家们逐渐关注应用研究,量子通信、量子密码、量子纠缠、量子计算、量子安全直接通信等成为科学家研究的热点。2016年以来,量子通信领域的发展突飞猛进,量子密钥分发、保密性、信息泄漏、量子中继器、轨道角动量等实用化的研究发展迅速,研究更加细化,实证研究更加丰富。

中国在量子通信领域的研究处于引领地位。在国家层面,中国是量子通信领域发文量最多的国家,其次为美国、英国、德国、日本等。虽然中国在全球量子通信研究的竞争中起步并不早,但发展极为迅速,于2008年超过美国等国家并不断加大领先优势,目前在量子通信领域已处于引领地位。各个国家在该领域存在不同程度的合作,中国与美国、德国、加拿大等国家的合作趋势明显。随着量子科技地位的不断上升,各个国家愈发重视量子通信等尖端技术对于国家战略利益与安全的影响。一直以来,中国从全球视野出发,希望增强与各个国家间的技术互信,推动更深层次的全球科技合作。

在机构层面,机构间合作网络联结较多,中国科研机构占据主导地位。中国在量子通信领域的发展与自身的科技创新体制密不可分,依托重要科研机构进行科技创新的方式是中国结合自身发展经验与智慧结晶提出的中国方案。在中科院量子卓越中心等领先科研机构的带领下,中国机构间合作紧密,呈群簇势态,产出较多的机构是中国科学院、中国科学技术大学和北京邮电大学等。在今后的发展进步中,我们仍需加强战略研判,坚持创新自信,打造体系化、高层次量子科技人才培养平台。

在研究人员层面,高产作者集中在中国,形成了以郭光灿、潘建伟等为中心的优秀科研团队,在发文量上表现出显著优势。整体来看,中国作者在量子通信领域表现出较高的影响力。

量子通信领域的研究并非仅涉及物理学,还与光学、工程科学、科技及其他主题、计算机科学、化学、材料科学等其他多种学科息息相关。随着科学的不断发展,各学科间交叉融合,仅凭某个学科的研究很难解决科学研究中复杂的问题。因此,加强科研队伍学科背景的多样性,造就高水平人才队伍,有助于在学科交叉融合的背景下创新知识发现。