四、网络与通信技术
数字经济的蓬勃发展依托于互联网的巨大进步，而网络与通信技术作为其中的基础技术，起到了极大的支撑作用。当前，以5G通信、Wi-Fi技术为代表的无线通信技术正不断地变革着生产生活，工业互联网、物联网、车联网应用全面铺开，天基互联网也已进入早期探索阶段。同时，各国对太赫兹、光通信技术的研究不断深入，第六代移动通信技术（6G）的研发已悄然提上日程。
（一）无线网络组网与通信
长期来看，无线通信将为信息技术、工业制造、媒体等行业带来广泛的变革。随着各国5G基础设施建设日趋完善，政府越发重视无线通信的频谱管理、可靠性和设备兼容性。
1. 美国陆军正建立全球敏捷综合传输系统，以改善网络连接
2020年1月，美国陆军宣布建立全球敏捷综合传输系统（GAIT），以改善网络连接。美国海外驻军部队可通过GAIT传输加密数据，直接与其他部队建立“点对点”连接，而无须通过国防部信息网络将数据发回中枢节点再传输至目标节点，减少了获取信息的时间。GAIT系统亦有助于美国与同盟国之间建立网络连接，实现信息共享，提高互操作性。
2. 瑞典爱立信公司刷新5G毫米波传输速率记录
2020年2月，瑞典爱立信公司将5G通信的传输速度提升至4.3吉比特/秒，刷新中国华为公司于2019年10月创下的3.67吉比特/秒的记录。爱立信公司通过汇总8个毫米波频段共800兆赫兹的频谱实现此次测试，进一步证明5G通信替代光纤的潜在可能性。但是，此次测试在高度理想化的环境中完成，在实际使用中将很难达到该峰值速率。
3. 美国国家标准与技术研究院正构建5G频谱共享测试平台
2020年3月，美国国家标准与技术研究院宣布建立5G频谱共享测试平台，以探究5G通信与其他无线电之间的互相干扰问题。由于5G使用的频段可能与其他系统重叠，因此需要明确5G、Wi-Fi、GPS和军用雷达等系统如何在互不干扰的情况下实现频谱共享。为此，NIST开发了新的测试方法和分析工具，以构建新型无线系统的测试基础架构。该工作将有助于美国改进网络配置并优化频谱分配，更好地发挥5G通信的效能。
4. 芬兰诺基亚公司计划为其电信设备添加开放式接口
2020年7月，芬兰诺基亚公司计划为其电信设备添加开放无线接入网（OpenRAN）接口，以使该公司的无线接入网技术能与竞争对手实现互操作，提高自身设备的竞争力。此前，移动运营商不得不敲定一个完整解决方案，以减少混搭组网时可能存在的兼容性和成本问题。而诺基亚公司的新计划将使得客户可以更轻松地选择设备，实现更便捷的混搭组网，从而为通信解决方案提供更快的部署、更低的成本、更灵活的架构及更高的可操作性。凭借这些努力，诺基亚期望在5G市场份额上进一步追赶并超越华为、爱立信等竞争对手。
5. 3GPP组织宣布5G技术R16标准冻结
2020年3月，第三代合作伙伴计划（3GPP）组织宣布5G技术R16标准冻结，标志着5G第一个演进版本标准完成。R16标准面向工业互联网应用、车联网应用及其他行业应用场景引入了许多新的技术，优化了网络时延、连接质量、可切换性能、终端能耗等性能指标。本次冻结的R16标准实现了5G网络性能的提升，围绕“新能力拓展”“现有能力挖潜”“运维降本增效”三个方面进一步增强了5G服务于行业应用的能力。
（二）量子通信
量子通信是量子技术的重要应用领域之一，利用量子叠加态和纠缠效应进行通信，在本质上具有无法被窃听、无法被破解的绝对安全保障。当前，各国科研人员正在不断提高量子通信的距离和保真度，努力将这一技术实用化。
1. 丹麦研究人员使用纠缠量子网络实现高精度分布式传感
2020年1月，丹麦技术大学（Technical University of Denmark，DTU）和哥本哈根大学（University of Copenhagen，UCPH）研究人员成功使用纠缠量子网络实现了高精度分布式传感，相关成果可运用于分子探测、原子钟等领域。研究人员实验发现，将多个传感器接入量子网络同时对物体进行探测，将产生远高于单个传感器的相位检测精度。该技术可使光电探头的相位正交噪声降低，从而获得更优的信噪比。研究人员将进一步研究该技术，使其具备更优性能并适用于更多场景。
2. 德国慕尼黑大学成功将量子纠缠态传输距离拓展至20千米
2020年2月，德国慕尼黑大学（University of Munich，LMU）研究人员成功将量子纠缠态传输距离拓展至20千米。研究人员将单个量子位中包含的信息从原子态转移到单个光子，并通过光纤传输了20千米。在此实验中，不仅要完成原子信息到光信息的转换，还要完成逆向转换，因而具备较高难度。该研究结果将扩大量子系统的连接范围，或将促使量子信息的超远传输成为可能。
3. 中国科学技术大学实现50千米长距离量子纠缠
2020年2月，中国科学技术大学研究人员完成长距离量子纠缠实验，借助两种实验方案分别实现22千米和50千米的量子纠缠，创长距离量子纠缠新纪录。研究人员表示，本次实验的主要创新点在于发展了光纤内低损传输的高效光传输与原子纠缠技术，并实现存储器光源经由长光纤传输后的远程干涉，降低了长距离量子纠缠实验中的高损耗问题。该成果有望帮助量子通信技术向传输距离更远、更稳定的趋势发展。
4. 瑞士苏黎世联邦理工学院创造出5米长的微波量子链路
2020年3月，瑞士苏黎世联邦理工学院研究人员创造出5米长的微波量子链路，成为迄今最长的微波量子链路。研究人员在金属腔体中创建出传导路径，在两个超导振荡器间传递微波光子，从而传输量子力学中的叠加态。研究人员表示，该技术既可以用于创建未来的量子计算机网络，也可用于基础量子物理学实验。研究人员计划在下一阶段的研究中创建长达30米的量子链路。
5. 美国发布量子互联网蓝图，计划在10年内建成量子网络
2020年7月，美国能源部在芝加哥大学举行的新闻发布会上发布了量子互联网蓝图，计划在10年内建成量子网络。美国希望发展一个量子互联网，以实现更安全的通信并推进重力波检测等领域的科学研究。该计划的主要目标包括构建量子互联网设备、开发路由技术及找出量子比特跨量子网络传播时的纠错方法。目前，芝加哥大学的研究人员已与美国能源部阿贡国家实验室合作，建立了一个52英里（约合83.7千米）的量子互联网原型并完成首次纠缠实验。为进行进一步研究，该网络将与费米实验室运营的另一个量子网络相连，形成一个80英里（约合128.7千米）的科学实验网络。美国期待量子互联网率先服务于国家安全应用和航空通信，并能在将来形成精确的量子传感器集群，以在检测引力波、跟踪火山喷发等科学应用中大显身手。
6. 美国联合研究团队实现远距离高保真量子隐形传态
2020年12月，美国加州理工学院（California Institute of Technology，Caltech）和费米实验室联合研究团队首次实现远距离高保真量子隐形传态，传输距离达到44千米，保真度大于90%。研究人员使用先进的固态光探测器，配合紧凑的光纤结构，在加州理工学院和费米实验室分别构建了两个量子网络测试台。这两个测试台能以高自动化实现数据采集、控制、监测、同步和分析功能，且与现有的电信基础设施及新兴的量子处理和存储设备兼容。该研究得到了美国能源部科学办公室的支持，或将给安全通信、数据存储、精确传感和量子计算领域带来重大变革，促进量子网络的推出。
（三）太赫兹技术与6G通信
太赫兹波是指频率在0.1～10太赫兹之间的电磁辐射，其频率介于毫米波和红外光之间，是电子学向光子学的过渡区。其中，高频通信是太赫兹技术的一个重要应用场景。太赫兹波较高的频率带来的大带宽、高容量、高速率特性，使得太赫兹技术尤其适合作为6G的构成技术，以实现高速、低时延的无线通信。
1. 瑞士洛桑联邦理工学院开发出纳米级太赫兹波发生器
2020年3月，瑞士洛桑联邦理工学院开发出纳米级太赫兹波发生器，可在几皮秒的时间内产生极高功率的太赫兹波信号。该设备由两块相距20纳米的金属板组成，可将快速变化的电压输入转化为脉冲输出，且能兼顾脉冲的高频和高能。该设备可安装在芯片和柔性介质上，具有较大的商用可能性，将在通信和检测等场景展现出极大的应用潜力。
2. 法国研究人员研制并展示满足6G应用的D波段射频架构
2020年5月，法国原子能委员会电子与信息技术实验室（CEA-Leti）研制并展示了满足6G应用的D波段射频架构。毫米波波段的频率范围为20～300吉赫兹，其带宽可以实现超高数据速率通信，因此，毫米波有望成为6G无线通信的关键支持技术。法国CEA-Leti正在研究毫米波频率范围内的D波段，频率在140吉赫兹附近，有望在6G无线通信中起到关键性作用。相关研究中，研究人员还对当前硅基电子技术对高频通信的限制进行了阐述，希望通过优化射频电路设计为6G等高频通信应用提供创新架构。
3. 德国卡尔斯鲁厄理工学院开发出新型太赫兹接收器，可用于6G无线通信
2020年9月，德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology，KIT）研究人员开发出新型太赫兹接收器，可用于6G无线通信。该设备由二极管和专用信号处理器组成。在概念验证实验中，研究人员在110米的距离内以0.3太赫兹的载波频率实现了115吉比特/秒的数据传输。研究人员预测，未来6G通信或将通过许多小型无线电群组交换数据，群组间距离很短，因此有望在较低的能耗和电磁辐射下高速传输数据。据悉，适应6G通信的基站将更加紧凑，并且可以轻松地安装到建筑物的外墙或路灯上。
4. 韩国三星公司发布6G白皮书
2020年7月，韩国三星公司发布6G白皮书《下一代超连接体验》，表达了加快技术研发抢占竞争制高点的意愿。三星预计，6G的峰值速率将比5G快50倍，每平方千米内连接的设备比5G多10倍，时延降低到100微秒以下，可靠性提升100倍，能源效率提高至5G的两倍。根据白皮书，6G的国际标准化可能将在2021年开始，最早的商业化可能于2028年开始，大规模商业化应用将于2030年出现。
5. 美国加州大学圣芭芭拉分校开发出新型功率放大器，有望促进6G技术推出
2020年9月，美国加州大学圣芭芭拉分校（University of California，Santa Barbara，UCSB）开发出一种氮化镓（GaN）功率放大器，可用于高频通信，有望促进6G技术的推出。该功率放大器的核心为高电子迁移率晶体管（HEMT），这种晶体管在禁带宽度不同的氮化镓和氮化铝镓材料交界处形成。在界面处，氮化镓的自然极性导致名为“二维电子气”（2DEG）的多余电荷聚集。这些电荷的存在使得电子可以在HEMT内自由移动，从而使功率放大器具有在高频下运行的能力。目前，对该设备的测试集中于94吉赫兹频率。在该频率下，放大器可产生8.8瓦/毫米的功率，效率为27%，而过往的同类器件仅能产生约2瓦/毫米的功率。下一步研究人员计划在140吉赫兹和230吉赫兹的频率下对该器件进行测试，以进一步证实设备应用于高频通信的可行性。
6. 欧盟委员会任命诺基亚公司引领欧盟6G项目
2020年12月，欧盟委员会任命诺基亚公司负责主导欧盟6G研究旗舰计划Hexa-X项目。该项目已获得“欧盟地平线2020”（EU Horizon 2020）研究与创新计划的资助，将汇集欧洲的行业利益相关者共同推进6G发展，包括网络供应商、通信服务提供商、垂直行业和技术提供商，以及通信研究机构等。诺基亚贝尔实验室和Hexa-X项目参与者已经确定了6个研究挑战，分别为连接智能（Connecting intelligence）、网络集成（Network of networks）、可持续性（Sustainability）、全球服务覆盖（Global service coverage）、极致体验（Extreme experience）及可信度（Trustworthiness）。诺基亚公司表示，目前正在参与有关6G的联合研究和标准化工作，诺基亚贝尔实验室已经在研究构成6G的基础技术。