100公里 我國(guó)實(shí)現(xiàn)世界最長(zhǎng)量子直接通信距離

C114訊 4月13日消息（余予）從北京量子信息科學(xué)研究院獲悉，近日，北京量子信息科學(xué)研究院、清華大學(xué)龍桂魯教授團(tuán)隊(duì)和陸建華教授團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種相位量子態(tài)與時(shí)間戳量子態(tài)混合編碼的量子直接通信新系統(tǒng)，通信距離達(dá)到100公里，是當(dāng)前世界最長(zhǎng)的量子直接通信距離。

這樣的指標(biāo)可以在無(wú)中繼條件下實(shí)現(xiàn)城市之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子直接通信，同時(shí)可以支撐基于安全經(jīng)典中繼的廣域量子網(wǎng)絡(luò)一些應(yīng)用。這一成果為實(shí)現(xiàn)《北京市“十四五”時(shí)期國(guó)際科技創(chuàng)新中心建設(shè)規(guī)劃》中，建設(shè)基于安全中繼的城際量子示范網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

自2000年龍桂魯教授團(tuán)隊(duì)提出量子直接通信的首個(gè)協(xié)議以來(lái)，其團(tuán)隊(duì)一直就量子直接通信相關(guān)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，相繼完成了包括量子直接通信演示實(shí)驗(yàn)、量子直接通信系統(tǒng)、實(shí)用化量子直接通信樣機(jī)等成果。

據(jù)了解，在以前系統(tǒng)中，抽樣檢測(cè)和信息傳輸全部采用相位量子態(tài)。新系統(tǒng)采用了相位量子態(tài)和時(shí)間戳量子態(tài)的混合編碼，時(shí)間戳量子態(tài)用于抽樣檢測(cè)，大大降低了噪聲影響。而通信依然采用具有自補(bǔ)償性能的相位量子態(tài)。因而新系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性和極低的本征誤碼率（沒(méi)有竊聽(tīng)時(shí)的誤碼率），結(jié)合具有更強(qiáng)糾錯(cuò)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。

其次，新系統(tǒng)在50MHz激光脈沖頻率下將最大可容忍損耗從5.1dB提升到18.4dB，在商用低損耗單模光纖中的最遠(yuǎn)通信距離達(dá)到了100公里，突破了之前18公里的最長(zhǎng)距離。新系統(tǒng)的通信速率也得到了提高，在30公里的光纖距離，通信速率達(dá)到22.4 kbps。新系統(tǒng)在激光脈沖頻率上還有大的提升空間，相應(yīng)的通信距離、速率有望進(jìn)一步提升，滿足部分場(chǎng)景的應(yīng)用需求。

研究成果表明，使用現(xiàn)有的成熟技術(shù)手段，城市間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子直接通信可行。另一方面，利用最近清華大學(xué)、北京量子信息科學(xué)研究院、南方郵電大學(xué)、南方科技大學(xué)以及英國(guó)南安普頓大學(xué)等單位學(xué)者共同提出的安全經(jīng)典中繼量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以建設(shè)安全中繼量子網(wǎng)絡(luò)，支撐多種應(yīng)用。

該成果于2022年4月6日在《Light：Science & Applications》光學(xué)學(xué)術(shù)期刊上在線發(fā)表在。

來(lái)源：C114通信網(wǎng)
作者：余予