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、北方工業大學相關團隊合作，提出單向量子直接通信理論，并成功研制出實用化系統，創造了2.38kps@104.8km@168小時的長距離穩定傳輸世界紀錄，標志著量子直接通信從理論構想成功邁向實際應用階段。相關成果發表于《科學進展》。
量子直接通信由量子院科研副院長、清華大學教授龍桂魯團隊原創提出，它借助量子態實現安全通信，具有竊聽感知、阻止竊聽、兼容現有網絡、簡化管理流程以及隱蔽傳輸等五大特性。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。
如何利用能量極低且極易受干擾的量子態，在高噪聲、高損耗以及存在竊聽風險的量子信道中實現安全可靠的通信，一直是該領域亟待攻克的核心難題。此前采用的雙向協議，通信雙方需進行量子態的往返傳輸，致使系統損耗極大，嚴重制約了通信性能的提升。量子院團隊此前曾在2022年創造了100公里的量子直接通信世界紀錄，但速率僅為0.5bps，僅能傳輸字數極少的報文。單向傳輸可將量子態傳輸距離縮短一半，大幅降低損耗，是提升量子直接通信性能的關鍵。此前，國際上多個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實環境中開展單向量子直接通信困難重重。
針對這些問題，龍桂魯團隊與合作者成功突破了高噪高損信道編碼、信道掩碼增容、高速量子態調制解調等系列關鍵技術，提出單向量子直接通信理論方法，利用同一組光量子態同時實現了信息的安全傳輸與密鑰協商。這一突破不僅成功解決了量子直接通信的技術難題，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，實現了連續168小時、速率為2.38kbps的穩定傳輸，與2022年的系統相比，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的新征程。未來，量子直接通信系統有望廣泛應用于政務、金融等對信息安全要求極高的領域，切實增強通信安全性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adt4627
本文鏈接：量子院團隊創百公里量子直接通信速率世界紀錄http://m.lensthegame.com/show-11-18367-0.html
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