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通信安全是人們數千年來一直追求的目標。在現代社會，包括商業和金融、軍事和國家安全在內的很多領域都依賴通信安全。目前的加密方法如RSA和SHA通信協議都面臨著來自量子計算機的威脅。而另一方面，基于量子力學基本原理的量子密鑰分發提供了原理上無條件安全的加密方式，從而提供了一種終極的安全通信手段。
潘建偉的工作使得中國在量子通信領域處于世界領先地位。他的團隊首先于2009年在合肥、2012年在濟南使用光纖實現了城市量子通信網絡。在2016年，他們使用光纖在北京和上海間建設了世界上最長（超過2000公里）的量子鏈路，并通過十幾個可信中繼站來克服脆弱量子信號的衰減。為了克服由于不完美的單光子源和探測器導致的安全漏洞，潘建偉團隊發展了誘騙態量子密鑰分發和基于獨立光子干涉的測量設備無關量子密鑰分發，使得量子通信的現實應用成為可能。該團隊還率先發展了包括糾纏交換和糾纏純化、量子存儲和相位穩定方法在內的量子中繼技術，來最終取代這些可信中繼。潘建偉發展的多光子干涉在這些技術中再次發揮關鍵作用。
