量子安全直接通信傳輸距離達(dá)40公里 相關(guān)論文發(fā)表在《光科學(xué)應(yīng)用》

無需密鑰，即可直接在量子信道中傳輸秘密信息!記者9月22日從上海交通大學(xué)獲悉，該校陳險(xiǎn)峰團(tuán)隊(duì)和江西師范大學(xué)李淵華等人合作，在量子通信網(wǎng)絡(luò)取得重要突破，他們利用量子安全直接通信原理，首次實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中15個(gè)用戶之間的安全通信，其傳輸距離達(dá)40公里。該研究為未來基于衛(wèi)星的量子通信網(wǎng)絡(luò)和全球量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)論文發(fā)表在《光科學(xué)應(yīng)用》。

量子通信包括量子密鑰分發(fā)、量子秘密共享和量子安全直接通信等模式。量子密鑰分發(fā)和量子秘密共享是在通信雙方共享密碼。現(xiàn)有的量子通信網(wǎng)絡(luò)主要是基于量子密鑰分發(fā)，用量子的方法在網(wǎng)絡(luò)中分發(fā)安全密鑰。目前還不能在網(wǎng)絡(luò)中直接傳輸安全信息。2000年，清華大學(xué)龍桂魯提出了量子安全直接通信，量子安全直接通信的特殊之處在于，不需要密碼就可以完成信息的安全傳輸。2021年《6G研究白皮書》指出，量子安全直接通信具有偵測竊聽的能力，在下一代安全通信方面能夠展現(xiàn)巨大的潛力。

近幾年，量子安全直接通信發(fā)展迅速。2016年，山西大學(xué)和清華大學(xué)完成首個(gè)單光子量子安全直接通信實(shí)驗(yàn);2017年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和南京郵電大學(xué)完成了基于糾纏的量子安全直接通信;隨后，清華大學(xué)和南京郵電大學(xué)完成了500米光纖傳輸距離的量子安全直接通信;2020年，北京量子信息科學(xué)研究院和清華大學(xué)研制成功首臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的量子安全直接通信樣機(jī)，并在中關(guān)村論壇發(fā)布會(huì)上發(fā)布。

此次上海交通大學(xué)和江西師范大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)基于量子安全直接通信原理，首先在實(shí)驗(yàn)中制備出時(shí)間—能量糾纏。隨后利用光纖，在通信網(wǎng)絡(luò)的15個(gè)用戶之間的任意兩個(gè)分發(fā)糾纏。兩個(gè)用戶之間的傳輸距離為40公里。利用和頻產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)貝爾態(tài)分析解碼，完成信息的傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其信息傳輸率達(dá)到了1Kbp/s。

該實(shí)驗(yàn)為未來通信網(wǎng)絡(luò)提供了重要的技術(shù)支撐，以此實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究人員可以開展更長距離的量子通信網(wǎng)絡(luò)研究，以及實(shí)現(xiàn)星地之間，乃至全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)。(記者張曄)