世界首個海水量子通信實驗成功 上天入地下海可期

世界首個海水量子通信實驗成功 上天入地下海可期

近日，上海交通大學金賢敏團隊成功進行了首個海水量子通信實驗，觀察到了光子極化量子態和量子糾纏可在海水中保持量子特性，在國際上首次通過實驗驗證了水下量子通信的可行性，向未來建立水下及空海一體量子通信網絡邁出重要一步。該成果發表在最新一期的《光學快報》雜志上，并被列為編輯推薦。

目前，基于光纖和自由空間大氣信道的量子通信已被證明可行。那么，海洋能否用作量子信道呢？金賢敏對科技日報記者解釋，盡管相比光纖和大氣，海水中懸浮物和鹽度等對光子導致的散射和損耗效應要大得多，但其實，海水也有一個光子傳輸時損耗較低的藍綠窗口，且其能被商用單光子探測器探測到。因此，基于海水的量子通信理論上是可行的。“而且，缺少了海洋，全球化的量子通信網是不完整的。”

在最新實驗中，他們選擇光子的極化作為信息編碼的載體，并通過模擬證明，在非常大的損耗和散射下，極化編碼的光子只會丟失，而不會發生量子比特翻轉。也就是說，即使經歷了海水巨大的信道損耗，只要有少量單光子存活下來，仍可被用于建立安全密鑰。

目前的結果顯示，水下量子通信可達數百米，雖然信道較短，但能對水下百米量級的潛艇和傳感網絡節點等進行保密通信，即使是從水下幾米深的地方對衛星和飛行器進行保密通信，也比之前認為海水是“禁區”更進了一步，因此，能在軍事等領域“大顯身手”。

金賢敏指出，雖然目前只是朝水下量子通信邁出了第一步，離實用化的水下、空海一體量子通信連線和網絡還有一段距離，但“最新研究證明，實現量子通信技術的上天、入地、下海的未來圖景可期”。