2 月 22 日消息，據(jù)北京量子院官方披露，近日，北京量子信息科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“量子院”）與清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，提出單向量子直接通信理論，并成功研制出實(shí)用化系統(tǒng)，創(chuàng)造了 2.38kps@104.8km@168 小時(shí)的長(zhǎng)距離穩(wěn)定傳輸世界紀(jì)錄。
2025 年 2 月 21 日，相關(guān)成果以“Simultaneous transmission of information and key exchange using the same photonic quantum states”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Science Advances》上，標(biāo)志著量子直接通信從理論構(gòu)想成功邁向?qū)嶋H應(yīng)用階段。
▲ 圖 1 單向量子直接通信理論方案
據(jù)介紹，量子直接通信由清華大學(xué)龍桂魯團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)提出，它借助量子態(tài)實(shí)現(xiàn)安全通信，具有竊聽(tīng)感知、阻止竊聽(tīng)、兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、簡(jiǎn)化管理流程以及隱蔽傳輸?shù)任宕筇匦?/STRONG>。在信息安全日益重要的當(dāng)下，量子直接通信為保障信息傳輸安全提供了全新解決方案。
量子院團(tuán)隊(duì)此前曾在 2022 年創(chuàng)造了 100 公里的量子直接通信世界紀(jì)錄，但速率僅為 0.5bps，僅能傳輸字?jǐn)?shù)極少的報(bào)文。單向傳輸可將量子態(tài)傳輸距離縮短一半，大幅降低損耗，是提升量子直接通信性能的關(guān)鍵。然而此前，國(guó)際上多個(gè)團(tuán)隊(duì)（包括量子院團(tuán)隊(duì)）提出的單向量子直接通信方案，僅在無(wú)損耗的理想條件下可行，在高損耗和高噪聲的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中開(kāi)展單向量子直接通信困難重重。
▲ 圖 2 信息傳輸速率與量子比特誤碼率測(cè)試結(jié)果
針對(duì)這些問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)在龍桂魯教授領(lǐng)銜下，成功突破了高噪高損信道編碼、信道掩碼增容、高速量子態(tài)調(diào)制解調(diào)等系列關(guān)鍵技術(shù)，提出單向量子直接通信理論方法，利用同一組光量子態(tài)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信息的安全傳輸與密鑰協(xié)商。
這一突破不僅成功解決了量子直接通信的技術(shù)難題，還完成了實(shí)用化通信端機(jī)的研制。在 104.8km 標(biāo)準(zhǔn)光纖通信實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，實(shí)現(xiàn)了連續(xù) 168 小時(shí)、速率為 2.38kbps 的穩(wěn)定傳輸，與 2022 年的系統(tǒng)相比，速率提升了 4760 倍，極大地提升了量子直接通信的性能。
該項(xiàng)研究成果開(kāi)啟了量子直接通信實(shí)用化建設(shè)的新征程。未來(lái)，量子直接通信系統(tǒng)有望廣泛應(yīng)用于政務(wù)、金融等對(duì)信息安全要求極高的領(lǐng)域，切實(shí)增強(qiáng)通信安全性。
