每日一詞 | 量子直接通信 quantum direct communication

北京量子信息科學(xué)研究院2025年2月22日稱，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)提出了單向量子直接通信理論，并成功研制出實(shí)用化系統(tǒng)，量子直接通信從理論構(gòu)想邁向?qū)嶋H應(yīng)用階段。

A team of Chinese researchers proposed a theory of one-way quantum direct communication and successfully developed a practical system, advancing quantum direct communication from a concept to the stage of practical application, according to the Beijing Academy of Quantum Information Sciences on February 22, 2025.

【知識(shí)點(diǎn)】

量子通信是利用量子比特作為信息載體來進(jìn)行信息交互的通信技術(shù)，可在確保信息安全等方面突破經(jīng)典信息技術(shù)的極限。這里的量子比特指的是物質(zhì)的量子狀態(tài)。以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)技術(shù)傳遞信息極易遭遇竊聽，而量子具有測(cè)量的隨機(jī)性和不可復(fù)制的特性，幾乎不可能被破譯。量子直接通信理論由清華大學(xué)龍桂魯團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)提出，它借助量子態(tài)實(shí)現(xiàn)安全通信，具有竊聽感知、阻止竊聽、兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、簡(jiǎn)化管理流程以及隱蔽傳輸?shù)任宕筇匦裕瑸楸Ｕ闲畔鬏敯踩峁┝巳陆鉀Q方案。如何利用能量極低且極易受干擾的量子態(tài)，在高噪聲、高損耗以及存在竊聽風(fēng)險(xiǎn)的量子信道中實(shí)現(xiàn)安全可靠的通信，一直是該領(lǐng)域亟待攻克的核心難題。此前研究采用雙向協(xié)議，通信雙方需進(jìn)行量子態(tài)的往返傳輸，導(dǎo)致系統(tǒng)損耗極大，嚴(yán)重制約了通信性能的提升。2022年，龍桂魯團(tuán)隊(duì)曾創(chuàng)造了100公里的量子直接通信世界紀(jì)錄，但速率僅為0.5bps，僅能傳輸字?jǐn)?shù)極少的報(bào)文。

由北京量子信息科學(xué)研究院與清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作完成的這項(xiàng)研究中，科研團(tuán)隊(duì)成功突破了高噪高損信道編碼、信道掩碼增容、高速量子態(tài)調(diào)制解調(diào)等系列關(guān)鍵技術(shù)，提出單向量子直接通信理論方法，利用同一組光量子態(tài)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信息的安全傳輸與密鑰協(xié)商，成功解決了量子直接通信的技術(shù)難題，還完成了實(shí)用化通信端機(jī)的研制。科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了在104.8公里標(biāo)準(zhǔn)光纖通信實(shí)驗(yàn)測(cè)試中連續(xù)168小時(shí)、速率為2.38kbps的穩(wěn)定傳輸世界紀(jì)錄，標(biāo)志著量子直接通信從理論構(gòu)想成功邁向?qū)嶋H應(yīng)用階段。與2022年的系統(tǒng)相比，速率提升了4760倍，極大提升了量子直接通信的性能。該研究的相關(guān)成果在國(guó)際知名期刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表。這項(xiàng)研究成果開啟了量子直接通信實(shí)用化建設(shè)的新征程。未來，量子直接通信系統(tǒng)有望廣泛應(yīng)用于政務(wù)、金融等對(duì)信息安全要求極高的領(lǐng)域，切實(shí)增強(qiáng)通信安全性。

【重要講話】

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革突飛猛進(jìn)，學(xué)科交叉融合不斷發(fā)展，科學(xué)研究范式發(fā)生深刻變革，科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展加速滲透融合，基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化周期明顯縮短，國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)向基礎(chǔ)前沿前移。應(yīng)對(duì)國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)、實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)，推動(dòng)構(gòu)建新發(fā)展格局、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，迫切需要我們加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，從源頭和底層解決關(guān)鍵技術(shù)問題。

At present, a new round of sci-tech revolution and industrial transformation is advancing by leaps and bounds, interdisciplinary integration is growing, the paradigm of scientific research is undergoing profound changes, the integration of science and technology with economic and social development is accelerating, the application cycle of basic research is significantly shortened, and international competition in basic research is moving to the forefront. To cope with international sci-tech competition, achieve greater self-reliance, foster a new development pattern, and promote high-quality development, there is an urgent need to strengthen basic research and address key technologies from the source and from the bottom.

——2023年2月21日，習(xí)近平在二十屆中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)時(shí)的重要講話

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