近日，一項(xiàng)重大科研成果在北京量子信息科學(xué)研究院（量子院）誕生，攜手清華大學(xué)與北方工業(yè)大學(xué)，科學(xué)家們成功推進(jìn)了量子直接通信領(lǐng)域的前沿探索。他們不僅提出了全新的單向量子直接通信理論，還成功研發(fā)出實(shí)用的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)在長達(dá)104.8公里的距離上，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)168小時(shí)、速率達(dá)2.38kbps的穩(wěn)定信息傳輸，刷新了世界紀(jì)錄。
這一里程碑式的成果已正式發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Science Advances》，文章標(biāo)題為“利用相同光子量子態(tài)同時(shí)進(jìn)行信息傳輸與密鑰交換”。這一發(fā)表標(biāo)志著量子直接通信從理論探索邁向了實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵一步。
量子直接通信的概念由清華大學(xué)的龍桂魯團(tuán)隊(duì)首次提出，其利用量子態(tài)的特性來實(shí)現(xiàn)安全通信。這種通信方式具有五大顯著優(yōu)勢：能夠即時(shí)感知竊聽行為、有效阻止竊聽、與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)高度兼容、管理流程簡化以及具備隱蔽傳輸?shù)哪芰ΑＴ谛畔踩珕栴}日益凸顯的今天，量子直接通信為信息安全防護(hù)提供了新的思路與解決方案。
量子院團(tuán)隊(duì)在量子直接通信領(lǐng)域早有建樹，曾在2022年創(chuàng)下100公里傳輸距離的世界紀(jì)錄，但當(dāng)時(shí)的信息傳輸速率僅為0.5bps，僅能傳輸極為簡短的信息。為了提升通信性能，研究團(tuán)隊(duì)聚焦于單向量子直接通信方案，通過縮短量子態(tài)的傳輸距離來減少損耗。然而，這一方案在過去僅在理想無損耗條件下可行，面對現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的高損耗與高噪聲，實(shí)現(xiàn)起來極為困難。
在龍桂魯教授的帶領(lǐng)下，研究團(tuán)隊(duì)克服重重挑戰(zhàn)，成功突破了高噪聲與高損耗信道編碼、信道掩碼增容以及高速量子態(tài)調(diào)制解調(diào)等一系列關(guān)鍵技術(shù)。他們提出的單向量子直接通信理論方法，能夠利用同一組光量子態(tài)同時(shí)完成信息的安全傳輸與密鑰協(xié)商，這一創(chuàng)新極大地推動了量子直接通信技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。
在實(shí)際測試中，該系統(tǒng)在104.8公里的標(biāo)準(zhǔn)光纖上，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)168小時(shí)、速率為2.38kbps的穩(wěn)定信息傳輸。與2022年的系統(tǒng)相比，傳輸速率提升了驚人的4760倍，標(biāo)志著量子直接通信性能取得了質(zhì)的飛躍。這一成果不僅解決了量子直接通信的關(guān)鍵技術(shù)難題，還成功研制出了實(shí)用的通信端機(jī)，為量子直接通信的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
