日前量子傳輸速率，我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)出一種相位量子態(tài)與時(shí)間戳量子態(tài)混和編碼的量子直接通訊新系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)100公里的量子直接通訊。
這是目前世界最長(zhǎng)的量子直接通訊距離。
該研究成果由上海量子信息科學(xué)研究院、清華學(xué)院龍桂魯院士團(tuán)隊(duì)和陸建華院士團(tuán)隊(duì)共同攻關(guān)，發(fā)表于最新一期《Light-&》期刊在線版。
通訊安全，是量子通訊最重要的應(yīng)用場(chǎng)景。傳統(tǒng)保密通訊采用雙信道結(jié)構(gòu)，不僅傳輸密文的精典信道，秘鑰同時(shí)由另一條信道進(jìn)行傳輸，信息會(huì)經(jīng)歷加密、傳輸、解密的過(guò)程。
量子直接通訊以量子態(tài)作為載體編碼和傳輸信息，改變了傳統(tǒng)保密通訊的雙信道結(jié)構(gòu)，將噪音信道下的可靠通訊發(fā)展為噪音和監(jiān)聽(tīng)信道下的可靠和安全通訊，除了就能感知監(jiān)聽(tīng)，還能否制止監(jiān)聽(tīng)。
▲量子直接通訊系統(tǒng)示意圖
此前公開(kāi)發(fā)表的成果中，量子直接通訊的最長(zhǎng)距離為18公里。
據(jù)介紹，在原先的系統(tǒng)中，抽樣檢查和信息傳輸全部采用相位量子態(tài)。新系統(tǒng)采用相位量子態(tài)和時(shí)間戳量子態(tài)的混和編碼，時(shí)間戳量子態(tài)用于抽樣檢查，大大減低噪音影響。而通訊仍然采用具有自補(bǔ)償性能的相位量子態(tài)，因此新系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性和極低的本征誤分辨率（沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)時(shí)的誤分辨率），結(jié)合具有更強(qiáng)糾錯(cuò)能力的極低分辨率LDBCH編碼，有效提升安全通訊容量、距離和速度。
龍桂魯表示，新系統(tǒng)在50MHz激光脈沖頻度下將最大可容忍耗損從5.1dB提高到18.4dB，在商用低耗損多模光纖中的最遠(yuǎn)通訊距離達(dá)100公里，突破之前18公里的最長(zhǎng)距離。新系統(tǒng)的通訊速度也得到提升量子傳輸速率，在30公里的光纖距離，通訊速度達(dá)22.4kbps。新系統(tǒng)在激光脈沖頻度上還有很大的提高空間，相應(yīng)的通訊距離、速率有望進(jìn)一步提高，滿足部份場(chǎng)景的應(yīng)用需求。
龍桂魯介紹科研成果相關(guān)情況
該研究表明，使用現(xiàn)有成熟技術(shù)手段，一些難以進(jìn)行中繼的場(chǎng)景的量子直接通訊可行，如星地之間的量子直接通訊、部分城市間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子直接通訊等。可降低中繼數(shù)目，增加鏈路節(jié)點(diǎn)成本，減少通訊延時(shí)，提高通訊性能和用戶使用體驗(yàn)。
近些年，量子安全直接通訊發(fā)展迅速。
2000年，龍桂魯院士和博士生劉曉曙提出了量子直接通訊的第一個(gè)合同。
2016年，新疆學(xué)院和復(fù)旦學(xué)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)完成了量子直接通訊的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)演示。
2017年，中國(guó)科技學(xué)院、南京郵電學(xué)院和復(fù)旦學(xué)院的相關(guān)團(tuán)隊(duì)分別完成了基于糾纏的量子直接通訊演示實(shí)驗(yàn)。
2019年，龍桂魯院士團(tuán)隊(duì)和陸建華院士團(tuán)隊(duì)合作，成功研發(fā)了國(guó)際上第一個(gè)量子直接通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了1.5km光纖距離下50bps的安全通訊速度。
2020年，她們?cè)谥嘘P(guān)村峰會(huì)發(fā)布了世界首款實(shí)用化量子直接通訊樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了10公里光纖中4kbps的傳輸速度；同年她們將通訊距離進(jìn)一步提高到了18km。
2021年，重慶交通學(xué)院和湖南師范學(xué)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了15用戶的點(diǎn)到點(diǎn)量子直接通訊網(wǎng)路。
綜合自新華社、全國(guó)科技創(chuàng)新中心、北京日?qǐng)?bào)