英国量子通信中心主任蒂姆-斯皮勒（Tim Spiller）接受了专注于量子技术领域的《Superposition Guys》博客主持人尤瓦尔-博格（Yuval Boger）的采访。蒂姆介绍了英国量子通信中心在量子密钥分发和量子网络方面的工作。其中，重点介绍了短程和远程量子通信方面的进展，他还就中国、欧洲和美国的全球量子计划以及英国未来的量子网络目标等分享了自己的见解。要点和实录如下：

①我们把重点放在远距离的量子通信上。我们已经研究了短距离自由空间手持式量子密钥分发设备。我们研究了如何进一步发展光纤网络，在英国部分地区的光纤中实现 QKD。

②我们计划的卫星发射时间是 2025 年，但已延长了一年的时间，以便我们更好的完成太空任务。

③英国电信和东芝在伦敦运行了一个小型 QKD 商业演示网络，它们的客户包括汇丰银行和安永会计师事务所。

④在欧盟内部，他们正在开发 EuroQCI（欧洲量子通信基础设施）。目前，它的重点是在整个欧洲建立可信节点 QKD 链路。这与我们在英国所做的大部分工作相似。

1.尤瓦尔：你是谁，做什么工作？

蒂姆：我叫蒂姆-斯皮勒，是约克大学量子信息技术教授。我还有个更适合本次讨论的身份——英国量子通信中心主任。量子通信中心是英国国家量子技术计划的组成部分之一。英国有四个中心，我领导的是通信中心，每个中心都由大约 10 所大学、行业合作伙伴、国家实验室和研究机构组成。这些中心分布在英国各地，共同推动量子技术的发展。其中，我从事的是量子通信领域的工作。

2.尤瓦尔：我相信你们现在处于中心的第二阶段，对吗？第一阶段应该是到 2019 年结束？第二阶段的目标又是什么？

蒂姆：是的。国家项目始于 2014 年，资金是在 2013 年筹集到的。第一阶段为期五年，第二阶段为期五年，第三阶段即将启动。在第一阶段，我们推进了量子密钥分发领域各种新技术的研发，这些现在都可以运行和部署了。第二阶段，我们把重点放在远距离的量子通信上。我们已经研究了短距离自由空间手持式量子密钥分发设备。我们研究了如何进一步发展光纤网络，在英国部分地区的光纤中实现 QKD。我们还想演示从卫星到地面的量子密钥分发，发射器将安装在一颗小型立方体卫星上，计划于明年发射。量子接收器则安装在可以接收这些信号的地面站上。 

3.尤瓦尔：许多 QKD 出版物，至少是商业出版物，都是围绕使用案例展开的，比如说，一家大型银行需要安全地进行交易，因此 QKD 非常重要。我对你提到的短程应用很好奇，为什么 QKD 在短距离通信中会有用？

蒂姆：这是针对消费者或个人的。我们的想法可能是，如果你想在未来与银行或其他行业的雇主（可能是医疗服务机构或政府）进行交易，那么如果你的手持设备用于与这些机构共享密钥，你将随身携带一半的对称密钥，而这些机构则拥有另一半。随后，你就可以使用该密钥来确保各种通信的安全。共享对称密钥拥有多种用途。我们的想法是，这将是一个属于你的手持设备，当你去银行或雇主那里时，你可以以一种充值的方式交换密钥。然后，你就可以随身携带该设备中的对称密钥副本，确保未来在与该机构相连的其他地方进行的交易或其他事项的安全。因此，它真正面向的是个人和消费者。 

4.尤瓦尔：你提到第二阶段将于 2024 年结束，尽管时间上可能会有一些重叠，那么第三阶段是怎样的？

蒂姆：第三阶段是在 8 月份正式宣布的。但这个过程持续了一年或更长时间。它是由英国国家计划宣布的，工程与物理科学研究理事会为我们提供了资金。接下来还将有五个新的中心于12月1日启动。因此，从第二阶段到第三阶段有很强的连续性。但也有新中心启动，是一个侧重于量子技术在医疗和生物领域应用的中心，其他四个中心是将第二阶段的工作发展到第三阶段。

我们计划的卫星发射时间是 2025 年，但已延长了一年的时间，以便我们更好的完成太空任务。在此之后，一旦卫星升空并投入运行，与量子通信相关的第三阶段就可以开始了，就此开展进一步的工作。 

5.尤瓦尔：我读到过英国有一些商业示范。我想英国电信和汇丰银行可能演示了 QKD。在可分享的范围内，能否介绍一下你们正在研究的技术与商业企业正在展示的技术之间的差距在哪里？

蒂姆：以我们中心来举例。在英国国家计划的前两个二阶段，我们建立了英国量子网络。这涉及布里斯托尔、以及剑桥周围的两个小型城域网络，我们还用国家暗光纤设施的部分网络，连接了布里斯托尔和剑桥。我们还建立了将剑桥与英国电信位于伊普斯维奇研发中心连接的网络。

随后，这些行业合作伙伴在英国创新署资助的项目中进一步开展工作，进行了更多演示。现在，英国电信和东芝在伦敦运行了一个小型 QKD 商业演示网络，它们的客户包括汇丰银行和安永会计师事务所。因此，我们看到了 QKD 工作在技术成熟度层级上的发展，从最基础的研究到接近商业化的技术，这很棒。

从那时起，我们中心就致力于进一步完善 QKD。我们已经完成了量子网络的动态重新配置工作，即软件定义网络，允许用户在软件中重新配置网络。

另一个重点是纠缠的分布。目前所有展示的商用 QKD 都是准备-测量型 QKD，即发送单光子或单光子光脉冲，也可能是相干脉冲。但这些商业产品还无法实现纠缠功能。这将是英国国家计划第三阶段的重点，而且已经成为一些中心工作的重点。我们预计在未来几年内，这项工作的技术成熟度将有所提升。不过，很高兴看到是， QKD 工作一直在向商业演示迈进。 

6.尤瓦尔：你认为英国计划的重点与欧洲或美国其他国家有何异同？你们的重点与你们在其他国家看到的重点有什么不同？

蒂姆：我不确定两者的侧重点是否有很大不同。我认为我们已经付出了很多努力，与英国电信、东芝和其他行业合作伙伴一起将 QKD 发展到演示水平。现在，我们的重点转向了基于纠缠的量子网络。欧洲的情况也类似。在欧盟内部，他们正在开发 EuroQCI（欧洲量子通信基础设施）。目前，它的重点是在整个欧洲建立可信节点 QKD 链路。这与我们在英国所做的大部分工作相似。此外，在欧洲，他们还致力于在不同实验室的量子比特之间建立基于纠缠的连接。在英国，我们的重点更多是分发纠缠并立即使用。但在第三阶段，你会看到我们更注重让分布式纠缠与物质量子比特相互作用。

这与美国也有相似之处。虽然 QKD 还没有在美国或英国的政府层面被广泛采用，但美国已经有了可信节点演示网络。美国现在也在强调涉及纠缠分发和物质量子比特的量子网络，这与我们预计未来几年在英国和欧盟看到的情况相似。

尤瓦尔：中国呢？ 

蒂姆：我认为他们也在做同样的事情。值得注意的是，中国政府在这方面的投资非常可观。在 2016 年，中国发射了一颗量子卫星，展示了太空量子通信的可行性。他们还建立了一个从北京到上海的大型可信节点 QKD 网络。因此，他们正在做的事情与其他地方所做的事情类似，但规模更大，投资更多。这可能是因为中国政府对 QKD 与其他形式的未来安全通信的发展都给予了强烈的支持，以抵御量子计算机攻击。

7.尤瓦尔：我们刚才谈到了长程和短程通信，但有一个领域似乎与量子计算有交集，那就是将量子计算机与某种网络连接起来，不管是在超导、离子阱还是其他路线，都能增强它们的能力。你们的中心是否也处理这种网络应用？

蒂姆：目前我们没有。不过，在英国国家计划的下一阶段，我们中心肯定会涉及到。在五个新中心中，将有一个专注于量子计算，另一个专注于量子网络。这两个中心都非常关注这方面的应用。

现在，我认为有两个不同的方面值得区分开来。比如如果你想将超导处理器连接在一起，你可以用微波链路进行连接，或者从微波转换到其他频率，然后用短程量子通信把处理器连接起来。这样做的重点是在短距离内实现相干连接。

但是，如果你想连接两台相距 50 公里的量子计算机，那么你必须使用光纤和电信波段的光子，因为这些光子是可以在光纤中传播的。这可能需要频率转换，因为量子计算量子比特的工作频率并不是电信光纤可以传播的频率。因此，如果想让一台计算机与另一台计算机进行长距离通信，就需要在两端进行巧妙的频率转换。

总而言之，在下一阶段的国家计划中，相邻量子计算机之间的短距离联网可能会由一个中心负责，而涉及量子存储器或频率转换的长距离联网则由另一个中心负责。但我认为，英国已经做好了准备，下一阶段将同时解决两方面的联网问题。 

8.尤瓦尔：你从事量子网络研究已经有很多年了，既有在中心的工作，也有作为物理学教授的更长时间。在过去的 12 个月里，你在量子网络方面学到了什么以前不知道的东西？

蒂姆：这是一个相当棘手的问题。我认为我学到的是，这将是一项相当艰苦的工作。你越是深入研究这些挑战，就越会意识到还有很多工作要做。你可能会天真地认为，你可以从一个量子比特中取出光子，将它们直接发送到光纤中，然后在另一端将它们放入一个量子比特中，但目前的情况要比这棘手得多。工程上的挑战不计其数，你研究得越多，就越觉得困难。但是我们过去已经克服了很多挑战，所以我很乐观。不过我认为这还需要大量的工作。总之，虽然我们在过去 10 年取得了很多成就，但未来 10 年仍有大量工作要做。

9.尤瓦尔：在我们的谈话即将结束时，我想问你关于计算中的伦理的问题。关于伦理的讨论非常多，因为量子计算机既可以用于美好的目的，也可以用于潜在的有害目的。伦理话题是否也渗透到了量子网络中？

蒂姆：从量子通信的隐私方面来看，当然有。但我认为这不是一个量子伦理问题，而是一个普遍的安全通信伦理问题。英国必须决定，是在可能发生可疑事件的情况下，安全通信可以被访问和拦截，还是希望为个人提供真正的端到端安全。

如果我们为个人提供真正的端到端安全，我们就无法看到他们之间的通信内容。人们想要鱼和熊掌兼得。他们说："我希望我拥有端到端安全，但我不想让犯罪分子得到它。我希望他们的通信是可拦截的"。但是，要么我们有一个可以在中间拦截通信的系统，要么我们就没有。

采用 QKD 的可信节点方法，你可以要求服务提供商提供通过该节点的访问权限。但如果我们将来有了量子中继器，也许就能提供真正的端到端量子安全。因此，我们只能开发的技术，而最终是英国政府来决定想要什么样的安全通信。它是想要合法拦截任何人通信的权利，还是想要个人的端到端安全？技术能被构建为适应任何一种情况，但需要被决定到底是走哪条路。