全球首個海水量子通信實驗成功

全球量子通信有望補上重要板塊———占地球表面積約70%的海洋。日前，上海交通大學(xué)金賢敏課題組實現(xiàn)了首個海水量子通信實驗，觀察到了光子極化量子態(tài)和量子糾纏可以在高損耗和高散射的海水中保持量子特性，國際上首次實驗驗證了水下量子通信的可行性。

該成果以“邁向自由空間海水中的量子通信”為題，發(fā)表在本月出版的國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)快報》，并被選為編輯推薦成果。英國《新科學(xué)家》《每日郵報》等都以“全球首個水下量子糾纏將導(dǎo)致不可破譯通信技術(shù)”為題作了報道，國際科學(xué)廣播類網(wǎng)站FQXI將該工作視為繼“墨子號”量子衛(wèi)星之后，中國在量子通信領(lǐng)域取得的又一里程碑成果。

海洋是全球量子通信的重要版圖，到目前為止，科學(xué)家已經(jīng)通過實驗證明量子糾纏可以在大氣空間或光纖中傳播。但是否能在海水中傳播，此前美、英兩國相關(guān)研究卻一直止步于驗證實驗。

2014年回國的金賢敏帶領(lǐng)團隊采集海水樣本，研究了光子在不同鹽度海水中的折射度并選擇合適光譜，最終將光子的極化作為信息編碼的載體進行實驗。實驗取得了兩個主要結(jié)果：一是證明海水并非絕對的屏障或墻，量子糾纏可以穿透海水實現(xiàn)保密通信；二是重現(xiàn)了量子穿過海水過程的矩陣模型。

首次海水量子實驗所用器材是一根3.3米的管道，盡管這個距離相較于實際應(yīng)用來說還遠遠不夠，但在專家眼中，這“第一步”邁得相當不錯。要知道第一個大氣中的量子通信實驗距離僅30厘米。

相比基于光纖和大氣空間信道的量子通信，將海水作為量子通信信道的難度更高?！昂Ｋ}度對光的折射率有影響，需要更精確地計算接收角度，而且許多理論研究都擔心海水中的微生物和懸浮顆粒會導(dǎo)致光子在傳播路徑上遭遇散射，從而使量子通信無法進行。”金賢敏說。

在發(fā)表文章的附錄中，金賢敏課題組給出了實驗的意外收獲———可將微生物或懸浮顆粒等造成的散射都歸于海水損耗，海水的耗量雖然很大，但光子只會丟失，不會發(fā)生量子比特翻轉(zhuǎn)。“就是有一隊光子要從A點走到B點，盡管一路上走丟了很多光子，但那些能走到B點的光子，就是較少受到散射干擾的，并沒有變成別的光子?？窟@些走到B點的光子，仍然可以建立安全密鑰。”金賢敏說。

他也坦言，目前只是朝著水下量子通信邁出了第一步，離實現(xiàn)可實用化的水下、空海一體的量子通信連線和網(wǎng)絡(luò)還有很多工作要做，但是前景可期。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。