近期，一項(xiàng)重大的科學(xué)突破在北京量子信息科學(xué)研究院、清華大學(xué)與北方工業(yè)大學(xué)的聯(lián)合努力下誕生。研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型的單向量子直接通信系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)中取得了令人矚目的成果。

該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了2.38千比特每秒的傳輸速率，通信距離更是達(dá)到了104.8公里，并且在連續(xù)168小時(shí)的測(cè)試中保持了這一性能，刷新了長(zhǎng)距離量子直接通信的世界紀(jì)錄。這一成就不僅標(biāo)志著量子直接通信技術(shù)從理論探索邁入了實(shí)際應(yīng)用的大門，同時(shí)也為未來的信息安全領(lǐng)域開辟了新的可能。

量子直接通信的概念最初由清華大學(xué)的龍桂魯團(tuán)隊(duì)提出，其核心理念在于利用量子態(tài)的獨(dú)特性質(zhì)實(shí)現(xiàn)安全通信。該技術(shù)具有五大顯著特性：能夠即時(shí)感知竊聽行為、有效阻止竊聽活動(dòng)、與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兼容、管理流程簡(jiǎn)化以及具備隱蔽傳輸?shù)哪芰?。然而，如何在充滿噪聲、損耗嚴(yán)重且存在潛在竊聽風(fēng)險(xiǎn)的量子信道中，利用極易受到干擾的低能量量子態(tài)實(shí)現(xiàn)高效、可靠的通信，一直是科研人員面臨的一大挑戰(zhàn)。

在過去，量子直接通信多采用雙向協(xié)議，即通信雙方需要多次往返傳輸量子態(tài)，這大大增加了系統(tǒng)損耗，嚴(yán)重制約了通信性能的提升。例如，在2022年，北京量子信息科學(xué)研究院團(tuán)隊(duì)曾創(chuàng)下100公里量子直接通信的世界紀(jì)錄，但當(dāng)時(shí)的傳輸速率僅為0.5比特每秒，僅能用于傳輸非常簡(jiǎn)短的信息。

為了克服這一技術(shù)瓶頸，龍桂魯教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在單向量子直接通信領(lǐng)域取得了重大突破。他們攻克了高噪聲、高損耗信道下的編碼難題，創(chuàng)新性地提出了信道掩碼增容技術(shù)，并成功研發(fā)了高速量子態(tài)調(diào)制解調(diào)器。這些關(guān)鍵技術(shù)的突破，使得研究團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了在同一組光量子態(tài)下同時(shí)完成信息的安全傳輸與密鑰協(xié)商。

在實(shí)際測(cè)試中，研究團(tuán)隊(duì)利用長(zhǎng)達(dá)104.8公里的標(biāo)準(zhǔn)光纖通信鏈路，成功實(shí)現(xiàn)了連續(xù)168小時(shí)、速率高達(dá)2.38千比特每秒的穩(wěn)定傳輸。與2022年的系統(tǒng)相比，此次研發(fā)的量子直接通信系統(tǒng)在傳輸速率上提升了驚人的4760倍，這一顯著提升標(biāo)志著量子直接通信技術(shù)已經(jīng)具備了實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。