【大公報據新華社報道】12日，來自北京量子信息科學研究院消息，北京量子信息科學研究院科研副院長、清華大學理學院物理系教授龍桂魯團隊與清華大學電子工程系教授陸建華團隊合作設計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，成功實現100公里的量子直接通信，這是至今為止世界上最長的量子直接通信距離。量子直接通信2000年由龍桂魯教授首次提出，能夠感知並阻止竊聽，給予雙重保險。專家表示，這一突破能夠實現無中繼條件下部分城市與城市之間的點對點量子直接通信。

「量子原理能夠用於感知竊聽。」龍桂魯介紹，量子直接通信以量子態作為載體來編碼和傳輸信息。量子直接通信改變了傳統保密通信的雙信道結構，將噪聲信道下的可靠通信發展為噪聲和竊聽信道下的可靠和安全通信，不僅能夠感知竊聽，還能夠阻止竊聽。

跳過密鑰分發 直輸信息

這一突破能夠實現無中繼條件下部分城市與城市之間的點對點量子直接通信。龍桂魯說：「無中繼長距離量子直接通信的意義在於，可滿足一些無法進行中繼的場景的量子直接通信，如星地之間的量子直接通信。此外，當通信速率滿足要求時，長距離通信可減少中繼數量，降低鏈路節點的部署成本，降低通信延時，提升通信性能，優化用戶使用體驗。」

據悉，量子通信包括量子密鑰分發，量子秘密共享和量子安全直接通信等模式。量子密鑰分發和量子秘密共享是在通信雙方共享密碼。現有的量子通信網絡主要是基於量子密鑰分發，用量子的方法在網絡中分發安全密鑰，目前未能在網絡中直接傳輸安全信息。

2000年，龍桂魯原創提出了量子安全直接通信，2021年，上海交通大學陳險峰團隊和江西師範大學李淵華等人合作，在量子通信網絡取得重要突破：他們利用量子安全直接通信原理，首次實現了網絡中15個用戶之間的安全通信，該研究為未來基於衛星量子通信網絡和全球量子通信網絡奠定了基礎。2021年年初，由50名國內外著名通信專家提出了《6G研究白皮書》。他們這樣提到：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巨大的潛力。

北京量子信息科學研究院相關負責人介紹，龍桂魯與其博士生劉曉曙於2000年提出量子直接通信的首個協議，量子安全直接通信的特殊之處在於，不需要密碼，就可以完成信息的安全傳輸。2016年至2017年間，國內多所高校的科研團隊分別合作完成了龍桂魯等提出的基於單光子和基於糾纏的量子直接通信協議的原理演示實驗。2019年，龍桂魯團隊與陸建華團隊合作，成功研製了量子直接通信系統，實現1.5公里光纖距離下50bps（比特每秒）的安全通信速率。2020年，他們發布實用化量子直接通信樣機，實現了10公里光纖中4000bps的傳輸速率。同年，他們將通信距離提升至18公里。

鋪路北京建城際量子網

此次實現的量子直接通信新系統在商用低損耗單模光纖中的最遠通信距離達到了100公里，通信速率也得到了提高，在30公里光纖距離，通信速率達到22.4 kbps（千比特每秒）。龍桂魯表示，新系統在激光脈衝頻率上還有大的提升空間，相應的通信距離、速率有望進一步提升，滿足部分場景的應用需求。

據介紹，目前市場上已經出現用於保密的量子通信相關產品，但量子直接通信產品尚未面市。該研究成果表明，使用現有的成熟技術手段，城市間的點對點量子直接通信可行；可以建設具有端對端安全的安全中繼量子網絡，支撐多種應用，並為實現《北京市「十四五」時期國際科技創新中心建設規劃》中，建設基於安全中繼的城際量子示範網絡的目標打下堅實基礎。

話你知|中國星地量子通信網　總長4600公里

2021年1月初，中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉團隊及其合作者，推出量子通信方面的重磅成果，首次展現完整的天地一體化量子通信網絡，在「墨子號」量子通信實驗衛星和「京滬幹線」的串聯下，綜合通信鏈路距離長達4600公里。從北京到上海，光纖總長2000多公里，另外通過衛星連到了烏魯木齊，橫跨2600公里。網絡內任意一個用戶可實現最長達到4600公里的量子保密通信。假設，北京用戶想傳輸信息到上海，計算機向密鑰管理系統發送請求密鑰命令，並向路由器尋找經典信息傳輸的經典路徑。密鑰管理系統檢查密鑰是否足夠，如果是，那就是將密鑰發送到計算機。使用密鑰對消息進行編碼或解碼之後，信息可以安全地傳輸給上海的用戶。

（來源：大公報A13：內地 2022/04/14）