“量子直接通讯是一种以光的量子态作信息载体的量子通讯方式
来源｜科技商报
作者｜史诗
编辑｜安青
从狼烟烽火到飞鸽传信，再到现在的电子通讯，人类利用科技的力量让通讯的距离越来越远。今年，上海量子信息科学研究院、清华学院龙桂鲁院士团队和陆建华院士团队合作，设计和实现了一种相位量子态与时间戳量子态混和编码的量子直接通讯新系统，将通讯距离刷新至100公里光纤，创下世界纪录。
日前，龙桂鲁团队将100公里光纤中的量子直接通讯速度提升到每秒5000比特量子通讯距离，并打算从实验室迈向真实环境进行测试。他预计量子通讯距离，未来3到5年，量子直接通讯可能在特殊场合应用，让人们实现接打“量子直接通讯电话”的梦想。
“量子直接通讯电话”怎么打
这些“量子直接通讯电话”是采用量子直接通讯进行的音频通讯。“量子直接通讯是一种以光的量子态作信息载体的量子通讯方式。监听会改变量子态，因而能被发觉，量子直接通讯通过感知监听的能力，使监听者听不到来保证信息安全。”龙桂鲁告诉科技商报记者，量子保密和精典保密的原理不同，两者相互补充。
通常情况下，精典通讯只确保信息的可靠传输，不负责通讯的安全。这时，密码学派上用场，采用物理变换把要传输的信息搅乱，使监听者听不懂，从而保证通讯的安全。龙桂鲁进一步解释：“而量子直接通讯则在可靠通讯的基础上，进一步赋能安全特点，产生在噪音和监听信道下的可靠和安全通讯的新模式。也就是说，量子直接通讯除了要可靠地传输信息，并且还要使监听者未能获得信息，保证信息安全。”
龙桂鲁介绍，今年的100公里量子直接通讯，每秒可以传输半个比特，意味着城市之间可以使用量子直接通讯发送电报。“现在我们进一步采用了双向传输和掩膜增容技术，将速度提升到每秒5000比特，这意味着城市间可以打‘量子直接通讯电话’了。”龙桂鲁说。
拿起电话、拨通号码、接收方拿起电话，双方就可以通话了。打“量子直接通讯电话”似乎跟传统固话电话并无二致。龙桂鲁解释称：“和精典的固话电话不同的是，一旦有监听，‘量子直接通讯电话’就会感知并发出警报，维护人员就可以去检测和清除监听。‘量子直接通讯电话’还可以转换路线或则转换到精典一次一密等其他安全模式，继续通话。”
怎么成立量子互联网
“有规模地应用‘量子直接通讯电话’需要成立网路。”龙桂鲁透漏，未来，可以使用量子中继成立量子互联网。
不过，目前可以使用精典密码和精典中继，来构造安全中继量子网路。安全中继是指精典密码保护下的精典中继，把量子直接通讯和精典密码结合，用量子直接通讯传输精典密码加密后的密文，这样在精典中继节点，信息遭到精典密码的保护；在通讯链路，信息得到量子的保护，因而为网络提供端对端的安全性。
龙桂鲁说，这个过程就是把信息用精典密码加密成密文，用量子直接通讯传输大概100公里，到一个叫作“中继”的地方，把密文从量子讯号弄成精典讯号，再转换成量子讯号，用量子直接通讯接力传送，这样继续下去，最后献给收信人。
“如果用传输文件来比喻，精典加密就是用暗号寄信。”龙桂鲁说，量子直接通讯如同一辆带封闭车箱的邮车，精典中继就是信函中转站。用封闭邮车传送暗号写的文件，此后在中转站转交给下一辆邮车。“在交接时，人们听到的只是暗号，不是文件内容本身。最后的接收人才能看懂暗号所代表的文件内容。”他说。
龙桂鲁等研究人员早已在实验室初步建立了安全中继的量子直接通讯网路，从“一对一”通信发展到了多人“群聊”。今后可以借助精典安全中继组网技术，建设广域的确保端对端安全的安全中继量子网路，支撑多种应用。
“未来，我们要让技术走出实验室，在实际的光纤网路中进行测试和试用，不断优化改进技术。”龙桂鲁说。