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量子直接通讯距离首次达到100公里。近日，上海量子信息科学研究院副教授、清华学院院长龙桂鲁团队和复旦学院院长陆建华团队合作，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量子传输速率，通讯距离达到100公里，是当前世界最长的量子直接通讯距离。这样的指标可以在无中继条件下实现城市之间的点对点量子直接通讯，同时可以支撑基于安全精典中继的广域量子网路一些应用。该成果4月6日在线发表在Light：上。
早在2000年，龙桂鲁团队提出了量子直接通讯的第一个合同。量子直接通讯以量子态作载体来编码和传输信息，是量子保密通讯的新范式。量子直接通讯将噪音信道下的可靠通讯发展为噪音和监听信道下的可靠和安全通讯。2016年，复旦学院和江苏学院联合团队完成了量子直接通讯的第一个实验演示。2017年，中国科技学院、南京邮电学院和复旦学院的相关团队分别完成了基于纠缠的量子直接通讯演示实验。
2019年，龙桂鲁团队和陆建华团队合作，成功研发了国际上第一个量子直接通讯系统，实现了1.5km光纤距离下50bps的安全通讯速度。2020年，龙桂鲁团队和陆建华团队在中关村峰会发布了世界首款实用化量子直接通讯样机，实现了10公里光纤中4kbps的传输速度；同年她们将通讯距离进一步提高到了18km。2021年，重庆交通学院和湖南师范学院联合团队实现了15个用户的点对点的量子直接通讯网路。
在先前系统中，抽样检查和信息传输全部采用相位量子态。而这次的新系统则采用了相位量子态和时间戳量子态的混和编码，时间戳量子态用于抽样检查，大大减少了噪音影响。而通讯仍然采用具有自补偿性能的相位量子态。为此，新系统具有高度的稳定性和极低的本征误分辨率，即没有窃听时的误分辨率，结合具有更强纠错能力的极低分辨率LDBCH编码，有效提升了安全通讯容量、距离和速度。
新系统在50MHz激光脉冲频度下将最大可容忍耗损从5.1dB提高到18.4dB，在商用低耗损多模光纤中的最远通讯距离达到了100公里，突破了之前18公里的最长距离。新系统的通讯速度也得到了提升，在30公里的光纤距离，通讯速度达到22.4kbps。
量子直接通讯示意图。受访者供图
不过龙桂鲁也表示，新系统在激光脉冲频度上还有大的提高空间，相应的通讯距离、速率有望进一步提高，满足部份场景的应用需求。
该项研究成果表明，使用现有的成熟技术手段，城市间的点对点量子直接通讯可行。龙桂鲁表示量子传输速率，借助近来上海量子信息科学研究院、清华学院等中英学者提出的安全精典中继量子网路技术，科学家可以建设安全中继量子网路，支撑多种应用。（来源：中国科学报郑金武）
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