我國科研新成果！量子直接通信有望進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用

記者2月22日從北京量子信息科學(xué)研究院獲悉，我國科研團(tuán)隊(duì)提出了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)造了在104.8km標(biāo)準(zhǔn)光纖通信實(shí)驗(yàn)測試中連續(xù)168小時(shí)、速率為2.38kbps的穩(wěn)定傳輸紀(jì)錄，量子直接通信從理論構(gòu)想邁向?qū)嶋H應(yīng)用階段。

此項(xiàng)研究由北京量子信息科學(xué)研究院與清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作完成，相關(guān)成果論文已在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表。

單向量子直接通信理論方案。（北京量子信息科學(xué)研究院供圖）

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，具有竊聽感知、阻止竊聽、兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、簡化管理流程以及隱蔽傳輸?shù)任宕筇匦?，為保障信息傳輸安全提供了全新解決方案。

如何利用能量極低且極易受干擾的量子態(tài)，在高噪聲、高損耗以及存在竊聽風(fēng)險(xiǎn)的量子信道中實(shí)現(xiàn)安全可靠的通信，一直是該領(lǐng)域亟待攻克的核心難題。此前研究采用雙向協(xié)議，通信雙方需進(jìn)行量子態(tài)的往返傳輸，導(dǎo)致系統(tǒng)損耗極大，嚴(yán)重制約了通信性能的提升。

“2022年，我們曾創(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?！鼻迦A大學(xué)教授龍桂魯介紹，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。

此項(xiàng)研究中，科研團(tuán)隊(duì)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，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。與2022年的系統(tǒng)相比，速率提升了4760倍，極大提升了量子直接通信的性能。

信息傳輸速率與量子比特誤碼率測試結(jié)果。（北京量子信息科學(xué)研究院供圖）

“這項(xiàng)研究成果開啟了量子直接通信實(shí)用化建設(shè)的新征程。未來，量子直接通信系統(tǒng)有望廣泛應(yīng)用于政務(wù)、金融等對信息安全要求極高的領(lǐng)域，切實(shí)增強(qiáng)通信安全性。”龍桂魯說。（記者劉禎）