近期，一項重大的科學突破在北京量子信息科學研究院、清華大學與北方工業(yè)大學的聯合努力下誕生。研究團隊成功研發(fā)出了一種新型的單向量子直接通信系統，并在實驗中取得了令人矚目的成果。
該系統在實驗中穩(wěn)定地實現了2.38千比特每秒的傳輸速率，通信距離更是達到了104.8公里，并且在連續(xù)168小時的測試中保持了這一性能，刷新了長距離量子直接通信的世界紀錄。這一成就不僅標志著量子直接通信技術從理論探索邁入了實際應用的大門，同時也為未來的信息安全領域開辟了新的可能。
量子直接通信的概念最初由清華大學的龍桂魯團隊提出，其核心理念在于利用量子態(tài)的獨特性質實現安全通信。該技術具有五大顯著特性：能夠即時感知竊聽行為、有效阻止竊聽活動、與現有網絡架構兼容、管理流程簡化以及具備隱蔽傳輸的能力。然而，如何在充滿噪聲、損耗嚴重且存在潛在竊聽風險的量子信道中，利用極易受到干擾的低能量量子態(tài)實現高效、可靠的通信，一直是科研人員面臨的一大挑戰(zhàn)。
在過去，量子直接通信多采用雙向協議，即通信雙方需要多次往返傳輸量子態(tài)，這大大增加了系統損耗，嚴重制約了通信性能的提升。例如，在2022年，北京量子信息科學研究院團隊曾創(chuàng)下100公里量子直接通信的世界紀錄，但當時的傳輸速率僅為0.5比特每秒，僅能用于傳輸非常簡短的信息。
為了克服這一技術瓶頸，龍桂魯教授帶領的研究團隊在單向量子直接通信領域取得了重大突破。他們攻克了高噪聲、高損耗信道下的編碼難題，創(chuàng)新性地提出了信道掩碼增容技術，并成功研發(fā)了高速量子態(tài)調制解調器。這些關鍵技術的突破，使得研究團隊首次實現了在同一組光量子態(tài)下同時完成信息的安全傳輸與密鑰協商。
在實際測試中，研究團隊利用長達104.8公里的標準光纖通信鏈路，成功實現了連續(xù)168小時、速率高達2.38千比特每秒的穩(wěn)定傳輸。與2022年的系統相比，此次研發(fā)的量子直接通信系統在傳輸速率上提升了驚人的4760倍，這一顯著提升標志著量子直接通信技術已經具備了實際應用的基礎。
