一)解决了实用量子通信的两大安全隐患,使得安全的量子通信网络成为可能通过发展诱骗态编码和光纤偏振态保持等技术,潘建伟及其同事在国际上首次实现百公里量级的安全的诱骗态量子密钥分发,成功解决了非理想单光子源带来的安全性漏洞,奠定了基于光纤的城域量子通信的方法与科学基础。为满足更远距离的城市之间的信息安全需求,潘建伟及其同事发展了基于可信中继的城际量子通信关键技术,并为构建国际上首条千公里级量子通信骨干网“京沪干线”提供了坚实的技术支撑。二)从理论上提出并实验实现了基于冷原子量子存储的量子中继基本单元,在原理上证明了大尺度量子通信的可行性潘建伟及其同事在该方向开展了系统性创新研究,取得了一系列开创性的重要成果,包括:首次实验实现了量子纠缠交换;提出了利用现有技术可实现的纠缠纯化的理论方案,并利用该方案成功实现了普适的纠缠纯化,为远距离量子通信和容错量子计算克服环境噪声提供了解决方案;发现了一种远程量子存储器之间鲁棒的纠缠产生机制及基于冷原子系综和线性光学的实用化量子中继器方法,干涉仪稳定性方面相对于之前的方法改进了7个数量级,从而使得现实的远距离量子通信的实验研究成为可能;在此基础上,利用冷原子量子存储,实现了具有存储和读出功能的纠缠交换,实现了量子中继器基本单元;发展了国际上综合性能最好的量子存储器,可支持500公里距离的光纤量子通信。上述成果为城际量子通信的实现奠定了科学和技术基础。三)自由空间远距离量子通信的引领性实验研究2005年,潘建伟及其同事通过在合肥城区的13公里自由空间量子纠缠和密钥分发,在国际上率先证明纠缠光子在穿透等效大气厚度的地面大气后,纠缠仍然能够保持,证明了星地量子通信的可行性。2010年,潘建伟及其同事在北京长城实现了16公里的自由空间量子隐形传态,进一步验证了自由空间量子隐形传态的可行性。2012年,通过自主发展高亮度、高纯度量子纠缠源、高精度的时间同步和光跟瞄技术,潘建伟及其同事在青海湖首次实现了基于四光子纠缠的百公里量级的自由空间量子态隐形传输和双向纠缠分发,严格证明,无论是从高损耗的地面指向卫星的上行通道链路,或是从卫星指向两个地面站的双通道下行链路,实现量子态隐形传输和量子纠缠分发都是可行的,这为基于卫星的广域量子通信和大尺度的量子力学基础原理检验的实现奠定了坚实的基础,而且也将为空间尺度的量子力学基础检验提供一个全新的实验平台。