陳根：100公里量子通信，更進一步距離突破_風聞

文/陳根

早在20世紀上半葉，量子通信就成為科技界和產業界期待的一種新的通信方式——量子通信既不通過載體，也不受通信雙方空間距離的限制，不存在任何傳輸延時。

並且，隨着世界電子信息技術加快發展，以微電子技術為基礎的信息技術即將達到物理極限，量子通信****以其絕對安全性、超大信道容量、超高通信速率、可遠距離傳輸信息和高效等特點，得到全球科技界、產業界普遍重視，量子通信的重要性日益凸顯。

當前，雖然量子通信耶取得了一定的成功，但是量子通信的大門卻一直未能打開，究其原因**，則在於量子通信目前還無法實現遠距離傳輸。**

2016年，清華大學和山西大學聯合團隊曾把糾纏態的高能光子對穿過10英里（約16.1公里）長的自由空間通道，量子保密通信技術的物理原理保證了其絕對安全性。這一距離是目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離，也是目前國際上沒有竊聽漏洞量子密鑰分發的最大距離。

而現在，清華大學團隊再次獲得了成功，**研究人員****首次實現通信距離達到100公里的量子直接通信新系統，這是目前世界上最長的量子直接通信距離，**有助於實現無中繼條件下城際量子直接通信。

具體來看，研究****團隊設計和實現了一種相位量子態與時間戳量子態混合編碼的量子直接通信新系統，量子直接通信距離首次達到100公里，可以在無中繼條件下實現城市之間的點對點量子直接通信，同時可以支撐基於安全經典中繼建立的廣域量子網絡的一些應用。

在以往的系統中，抽樣檢測和信息傳輸均採用相位量子態。此次，清華團隊研發的新系統採用相位量子態和時間戳量子態的混合編碼。時間戳量子態可用於抽樣檢測，大大降低噪聲影響，通信依然採用具有自補償性能的相位量子態。

因此，新系統具有高度的穩定性和極低的本徵誤碼率，結合具有更強糾錯能力的極低碼率LDBCH編碼，有效提高了安全通信容量、距離和速率。

此外，新系統在50MHz（赫茲）激光脈衝頻率下將最大可容忍損耗從5.1dB（分貝）提升到18.4dB，在商用低損耗單模光纖中的最遠通信距離達到100公里，突破了之前10英里的最長距離。其通信速率也得到了提升，在30公里光纖距離下通信速率達到22.4kbps。同時，該系統在激光脈衝頻率上還有提升空間，相應的通信距離、速率將有望進一步提升，滿足部分場景的應用需求。

相關成果已經發表在《Light-Science&Applications》期刊上。