近期，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在量子通信領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離、大規(guī)模且可擴(kuò)展的全連接量子直接通信理論架構(gòu)，并完成了四節(jié)點(diǎn)間300公里級(jí)別的量子直接通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。這一研究成果已在《科學(xué)通報(bào)》上正式發(fā)表。

此次研究是由上海交通大學(xué)陳險(xiǎn)峰教授與上海電力大學(xué)李淵華教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在清華大學(xué)龍桂魯教授及其北京量子信息科學(xué)研究院團(tuán)隊(duì)的量子直接通信理論基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索取得的。科研團(tuán)隊(duì)采用了一種創(chuàng)新的雙泵浦光參量下轉(zhuǎn)換技術(shù)，成功構(gòu)建了一個(gè)具備高度抗干擾能力的量子糾纏分發(fā)系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過(guò)通信后，各節(jié)點(diǎn)間的量子態(tài)保真度依然保持在85%以上，充分驗(yàn)證了該方案在長(zhǎng)距離通信中的高可靠性。同時(shí)，傳輸300公里后到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的光子對(duì)數(shù)仍然達(dá)到了300~400Hz，這意味著通過(guò)編碼后，理論上可以實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)比特的通信速率。

這項(xiàng)研究的突破點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，突破了傳統(tǒng)星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，實(shí)現(xiàn)了全連接網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性；其次，通過(guò)優(yōu)化糾纏光源制備技術(shù)，成功將傳輸距離提升至300公里級(jí)別；最后，建立了基于量子態(tài)重構(gòu)的誤差修正機(jī)制，確保了多節(jié)點(diǎn)通信的穩(wěn)定性。

這一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的成功構(gòu)建，標(biāo)志著我國(guó)在量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化方面邁出了重要一步。未來(lái)，相關(guān)技術(shù)有望在軍事指揮、政務(wù)通信、金融交易等對(duì)信息安全要求極高的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

量子通信之所以具備極高的安全性，主要得益于量子不可克隆原理。量子態(tài)一旦被測(cè)量就會(huì)發(fā)生改變，因此任何試圖竊聽(tīng)量子通信的行為都會(huì)被發(fā)現(xiàn)。例如，在量子密鑰分發(fā)過(guò)程中，發(fā)送方和接收方通過(guò)量子態(tài)傳輸密鑰。如果存在竊聽(tīng)者，其測(cè)量行為會(huì)破壞量子態(tài)，從而使發(fā)送方和接收方察覺(jué)，并更換密鑰重新進(jìn)行分發(fā)，確保信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

從理論層面來(lái)看，只要量子通信的協(xié)議和實(shí)現(xiàn)過(guò)程沒(méi)有漏洞，信息傳輸過(guò)程中的密鑰分發(fā)就可以達(dá)到絕對(duì)安全，這是傳統(tǒng)通信技術(shù)所無(wú)法比擬的。

研究團(tuán)隊(duì)還展示了量子通信技術(shù)在未來(lái)多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，進(jìn)一步增強(qiáng)了人們對(duì)于量子通信實(shí)用化前景的信心。