中国科学家们开发单向量子直接通信系统

发布时间:2026-04-23 00:13:57 作者:小编 浏览量(
摘要:    量子通信作为量子信息科学的重要分支,近年来取得了显著进展。量子直接通信(Quantum Secure Direct Communication, QSDC)是一种无需预先共享密钥即可直接传输秘密信息的通信方式,与传统的量子密钥分发(Quantum Key Distribu...

  

中国科学家们开发单向量子直接通信系统(图1)

  量子通信作为量子信息科学的重要分支,近年来取得了显著进展。量子直接通信(Quantum Secure Direct Communication, QSDC)是一种无需预先共享密钥即可直接传输秘密信息的通信方式,与传统的量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD)不同,其安全性基于量子力学的不可克隆定理和不确定性原理,能够有效抵御窃听。2025年2月,北京量子信息科学研究院(以下简称“量子院”)与清华大学、北方工业大学的相关团队合作,提出了单向量子直接通信理论,并成功开发出实用化系统,创下长距离稳定传输的世界纪录。

  量子通信的研究近年来在全球范围内快速发展,尤其是中国在该领域表现突出。之前的记录显示,2022年由清华大学团队实现的量子直接通信最长距离为102.2公里 ,传输速率较低,约为0.54位每秒(bps),主要用于短距离的文本和电话加密。量子院的最新成果不仅延长了传输距离,还显著提高了传输速率和稳定性,为量子通信的实际应用奠定了基础。量子直接通信的理论基础在于利用量子态直接编码信息,传输过程中若有窃听者试图复制量子态,将因量子不可克隆定理引入错误,从而被检测到。这种特性使其在现代通信中具有重要潜力,尤其是在面对量子计算威胁的背景下。

  据报道,量子院的研究团队提出了“单向量子直接通信理论”,并基于此开发出实用系统。该系统在标准光纤通信测试中实现了以下参数:

  这一系统使用单光子编码信息,采用特殊编码方案确保窃听尝试会引入可检测的错误。此外,系统还集成了纠错和验证机制,以维持传输数据的完整性和保密性。为了理解这一成就的意义,我们需要对比之前的记录。2022年的记录为102.2公里,传输速率较低,且稳定性数据未明确报道。而量子院的系统不仅距离略有增加(104.8公里),传输速率显著提高(2.38 kps vs. 约0.54 bps),更重要的是实现了168小时的连续稳定传输,这在量子通信领域尤为重要,表明其在实际应用中的可靠性。

  传输速率2.38 kps在经典通信中可能显得较低(例如,拨号调制解调器的速率可达56 kbps),但在量子通信中,尤其是在长距离条件九游官网下,这一速率已属显著。量子通信的速率受限于量子态的准备、传输损耗和检测效率,而量子院的系统通过单向理论和特殊编码方案,显著提升了效率。

  “单向”这一术语可能指量子态的传输方向为单向,即从发送方到接收方无需反馈量子通道,而解码或验证可能通过经典通道完成。这种设计简化了系统结构,提高了效率。根据报道,该理论使信息通过量子通道直接传输,无需每次消息传输都进行额外的经典通信,从而更高效且安全。意义与影响这一突破的意义在于:

  :证明了量子直接通信在长距离(超过100公里)、高速(2.38 kps)条件下的可行性,为实际应用铺平道路。

  :该系统可用于金融、政府和军事等领域,提供无条件安全的通信,特别是在量子计算威胁日益加剧的背景下。

  :进一步巩固了中国在量子通信领域的领先地位。根据ITIF的报告,中国在量子通信研究和专利数量上均领先美国,量子院的这一成就进一步强化了这一地位。

  168小时的稳定传输尤其值得关注,这表明系统能够在长时间内保持性能,适合实际网络环境中的持续运行。这一特性在之前的记录中未见报道,是本次成就的一个亮点。

  量子院的这一成果为量子通信网络的建设提供了重要支持。未来的研究可能集中在以下方面:

  量九游官网子中继器理论上可支持更长距离的通信,而量子院的系统为这一目标的实现提供了实验基础。

  这一突破证明了量子直接通信在长距离、高速条件下的可行性,为金融、政府和军事等领域提供无条件安全通信铺平了道路,巩固了中国在全球量子技术领域的领先地位。

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