接打“量子電話”成為現(xiàn)實。北京量子信息科學(xué)研究院副院長、清華大學(xué)教授龍桂魯帶領(lǐng)團(tuán)隊提出量子直接通信理論，通過自主構(gòu)建的實用化系統(tǒng)，連續(xù)168小時實現(xiàn)百公里量子直接通信，且通信速率穩(wěn)定在2.38千比特每秒，與第一代手機(jī)通信技術(shù)規(guī)格（1G）相當(dāng)，創(chuàng)下百公里量子直接通信速率世界紀(jì)錄。2月21日，相關(guān)成果在《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表。
“以量子態(tài)為載體，既能感知竊聽，確保通信安全，也具備保護(hù)使用者的隱身通信效果。”龍桂魯介紹，早在2022年，團(tuán)隊就與清華大學(xué)教授陸建華團(tuán)隊合作，設(shè)計出相位量子態(tài)與時間戳量子態(tài)混合編碼系統(tǒng)，將量子直接通信距離刷新至100公里，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。但基于雙向協(xié)議的系統(tǒng)中，傳輸信息的光量子因“折返跑”損耗很大，傳輸速率只有0.5比特每秒，僅支持收發(fā)“量子電報”。
從電報到電話，龍桂魯團(tuán)隊歷時兩年多，設(shè)計出全新架構(gòu)，將傳輸速率提升了4760倍。新架構(gòu)采用單向協(xié)議，光量子僅需傳輸一次。
在單向協(xié)議遭受竊聽時，如何確保此前傳輸?shù)男畔⒉恍孤叮靠蒲袌F(tuán)隊采用了新思路：利用事先共享的密鑰對光量子態(tài)進(jìn)行加密，未發(fā)生竊聽則重復(fù)使用共享密碼加密繼續(xù)通信；即使被竊聽，信息本身也依舊安全。團(tuán)隊還運(yùn)用掩膜增容技術(shù)，將傳輸過程中損耗的量子態(tài)用本地隨機(jī)數(shù)組成“隱身斗篷”，使竊聽者無法獲取任何信息，進(jìn)而提高信道容量。
這一國際首創(chuàng)的量子直接通信單向協(xié)議，催生了百公里量子直接通信速率世界紀(jì)錄。
目前，龍桂魯團(tuán)隊已完成相關(guān)設(shè)備集成。一臺大小與電腦機(jī)箱相仿的實用化通信端機(jī)，就能實現(xiàn)“量子悄悄話”實時傳輸，量子直接通信從理論構(gòu)想邁向?qū)嶋H應(yīng)用。
龍桂魯表示，該系統(tǒng)有望廣泛用于政務(wù)、金融等對信息安全要求極高的領(lǐng)域。未來，面對上千公里的空間量子通信需求，量子直接通信單向協(xié)議還將發(fā)揮重要作用。
編輯：李華山
