2 月 22 日消息，據(jù)北京量子院官方披露，近日，北京量子信息科學研究院（以下簡稱“量子院”）與清華大學、北方工業(yè)大學相關(guān)團隊合作，提出單向量子直接通信理論，并成功研制出實用化系統(tǒng)，創(chuàng)造了 2.38kps@104.8km@168 小時的長距離穩(wěn)定傳輸世界紀錄。
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)表在國際知名期刊《Science Advances》上，標志著量子直接通信從理論構(gòu)想成功邁向?qū)嶋H應用階段。
▲ 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龍桂魯團隊原創(chuàng)提出，它借助量子態(tài)實現(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?/STRONG>。在信息安全日益重要的當下，量子直接通信為保障信息傳輸安全提供了全新解決方案。
量子院團隊此前曾在 2022 年創(chuàng)造了 100 公里的量子直接通信世界紀錄，但速率僅為 0.5bps，僅能傳輸字數(shù)極少的報文。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，國際上多個團隊（包括量子院團隊）提出的單向量子直接通信方案，僅在無損耗的理想條件下可行，在高損耗和高噪聲的現(xiàn)實環(huán)境中開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試結(jié)果
針對這些問題，研究團隊在龍桂魯教授領(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)同時實現(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，還完成了實用化通信端機的研制。在 104.8km 標準光纖通信實驗測試中，實現(xiàn)了連續(xù) 168 小時、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。
該項研究成果開啟了量子直接通信實用化建設(shè)的新征程。未來，量子直接通信系統(tǒng)有望廣泛應用于政務、金融等對信息安全要求極高的領(lǐng)域，切實增強通信安全性。
