刷新世界紀(jì)錄 北京科研實(shí)現(xiàn)百公里量子直接通信

量子直接通信距離達(dá)到100公里！北京量子信息科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、清華大學(xué)教授龍桂魯團(tuán)隊(duì)與陸建華團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種量子直接通信新系統(tǒng)——通過(guò)相位量子態(tài)與時(shí)間戳量子態(tài)混合編碼，通信距離達(dá)百公里。這是當(dāng)前世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)量子直接通信距離，相當(dāng)于在鳥(niǎo)巢與延慶冬奧村之間能安全寄遞“量子信”。

通信安全，是量子通信最重要的應(yīng)用場(chǎng)景。傳統(tǒng)保密通信采用雙信道結(jié)構(gòu)，除了傳輸密文的經(jīng)典信道，密鑰同時(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。量子直接通信則不同，是以量子態(tài)作為載體進(jìn)行信息編碼和傳輸，即使信道存在噪聲甚至竊聽(tīng)，仍能實(shí)現(xiàn)可靠且安全的通信。

2000年，龍桂魯和博士生劉曉曙提出了量子直接通信的首個(gè)協(xié)議。隨后，基于單光子的量子直接通信實(shí)驗(yàn)演示、基于糾纏的量子直接通信演示等實(shí)驗(yàn)相繼完成。2019年，龍桂魯團(tuán)隊(duì)和陸建華團(tuán)隊(duì)成功研制出國(guó)際上首個(gè)量子直接通信系統(tǒng)，2020年發(fā)布了國(guó)際首臺(tái)量子直接通信樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了10公里光纖中4千比特每秒的通信速率。

隨著團(tuán)隊(duì)科研不斷深入，量子直接通信能實(shí)現(xiàn)的傳輸距離、速率和通信容量都在不斷突破?，F(xiàn)在，30千米光纖的量子直接通信傳輸速率可達(dá)22.4千比特每秒，幾十秒就能安全傳送一張圖片。

新系統(tǒng)通過(guò)安全的經(jīng)典中繼技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)信息的“多級(jí)跳”傳遞。龍桂魯解釋?zhuān)谶@一過(guò)程中，信息就像是裝進(jìn)了上鎖的黑匣子，在安全的貨運(yùn)車(chē)中一站一站接力傳送，只有最終接收方才掌握開(kāi)鎖的鑰匙，竊聽(tīng)者只能“望匣興嘆”。

世界級(jí)成果的產(chǎn)出，離不開(kāi)科研的體制機(jī)制創(chuàng)新。龍桂魯表示，從科學(xué)理論到實(shí)踐應(yīng)用，要求團(tuán)隊(duì)具備足夠的人員體量和工程實(shí)現(xiàn)能力。專(zhuān)門(mén)從事基礎(chǔ)研究的機(jī)構(gòu)，其承擔(dān)的任務(wù)側(cè)重于創(chuàng)新性研究，在量子院，科學(xué)家和工程師可以共同組成科研團(tuán)隊(duì)，從理論走向?qū)嵺`。

“通信是實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)，離不開(kāi)人的生活實(shí)踐和市場(chǎng)，也需要在實(shí)際應(yīng)用中不斷檢驗(yàn)提升。”龍桂魯說(shuō)，量子直接通信已經(jīng)達(dá)到落地應(yīng)用的水平，團(tuán)隊(duì)將拓展應(yīng)用場(chǎng)景，建設(shè)基于安全中繼的城際量子示范網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)，在量子計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)中，量子通信也將起到至關(guān)重要的作用，“量子通信就像家用計(jì)算機(jī)配套的網(wǎng)線(xiàn)，能實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的連通，是量子計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施。”

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