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通信安全是人们数千年来一直追求的目标。在现代社会，包括商业和金融、军事和国家安全在内的很多领域都依赖通信安全。目前的加密方法如RSA和SHA通信协议都面临着来自量子计算机的威胁。而另一方面，基于量子力学基本原理的量子密钥分发提供了原理上无条件安全的加密方式，从而提供了一种终极的安全通信手段。
潘建伟的工作使得中国在量子通信领域处于世界领先地位。他的团队首先于2009年在合肥、2012年在济南使用光纤实现了城市量子通信网络。在2016年，他们使用光纤在北京和上海间建设了世界上最长（超过2000公里）的量子链路，并通过十几个可信中继站来克服脆弱量子信号的衰减。为了克服由于不完美的单光子源和探测器导致的安全漏洞，潘建伟团队发展了诱骗态量子密钥分发和基于独立光子干涉的测量设备无关量子密钥分发，使得量子通信的现实应用成为可能。该团队还率先发展了包括纠缠交换和纠缠纯化、量子存储和相位稳定方法在内的量子中继技术，来最终取代这些可信中继。潘建伟发展的多光子干涉在这些技术中再次发挥关键作用。
