300公里全连接，我国量子通信领域重要突破

上海交通大学陈险峰教授团队联合上海电力大学李渊华教授团队，在量子直接通信领域取得重要进展，成功构建了一个四个节点间300公里级的全连接量子直接通信网络。相关研究成果发表于《科学通报》杂志。

量子直接通信是一种利用量子力学原理进行信息传输的技术，具有极高的安全性。上海交通大学陈险峰教授团队长期深耕该领域，于 2021 年率先实现 15 节点参与的 40 公里量子直接通信网络。

在本次研究中，李渊华教授、陈险峰教授联合团队创新性采用双泵浦光参量下转换技术，构建起具有高抗干扰能力的量子纠缠分发系统。实验结果显示，即使经 300 公里的长距离传输后，各节点间共享量子态保真度仍保持在 85% 以上，到达接受节点的光子对数仍达 300-400 Hz，这意味着经过编码后，理论通信速率可达每秒数比特的量级。

该成果的技术突破主要体现在以下三方面：

• 突破传统星型网络架构的限制，实现了全连接网络的可扩展性；

• 通过优化纠缠光源制备技术，将传输距离提升至 300 公里量级；

• 建立基于量子态重构的误差修正机制，保障了多节点通信的稳定性。

本次网络系统的成功构建，为量子通信网络实用化奠定了重要基础。未来，相关技术可应用于军事指挥、政务通信、金融交易等对信息安全要求极高的领域

量子直接通信实现168小时连续稳定传输

量子直接通信理论体系由清华大学和北京量子信息科学研究院龙桂鲁教授团队于2000年首创，借助量子态实现安全通信，具有窃听感知、阻止窃听、兼容现有网络、简化管理流程以及隐蔽传输等五大特性。在信息安全日益重要的当下，量子直接通信为保障信息传输安全提供了全新解决方案。此前，山西大学、清华大学、中国科学技术大学、南京邮电大学、广西大学等科研机构相继完成实验验证。2020 年，国际首台量子直接通信样机在我国诞生。

今年2月，北京量子信息科学研究院联合清华大学、北方工业大学团队，基于单向量子直接通信理论研制出实用化系统，创造了 104.8 公里距离下 2.38 千比特每秒（kbit/s）的传输距离，并且实现了 168 小时连续稳定传输世界纪录。

据介绍，如何利用能量极低且极易受干扰的量子态，在高噪声、高损耗以及存在窃听风险的量子信道中实现安全可靠的通信，一直是该领域亟待攻克的核心难题。此前采用的双向协议，通信双方需进行量子态的往返传输，致使系统损耗极大，严重制约了通信性能的提升。

该量子院团队先前曾在2022年创造了100公里的量子直接通信世界纪录，但速率仅为0.5bps，仅能传输字数极少的报文。单向传输可将量子态传输距离缩短一半，大幅降低损耗，是提升量子直接通信性能的关键。而此前，国际上多个团队（包括量子院团队）提出的单向量子直接通信方案，仅在无损耗的理想条件下可行，在高损耗和高噪声的现实环境中开展单向量子直接通信困难重重。

针对这些问题，研究团队在龙桂鲁教授领衔下，成功突破了高噪高损信道编码、信道掩码增容、高速量子态调制解调等系列关键技术，提出单向量子直接通信理论方法，利用同一组光量子态同时实现了信息的安全传输与密钥协商。这一突破不仅成功解决了量子直接通信的技术难题，还完成了实用化通信端机的研制。在 104.8km 标准光纤通信实验测试中，实现了连续 168 小时、速率为 2.38kbps 的稳定传输，与2022 年的系统相比，速率提升了 4760 倍，极大地提升了量子直接通信的性能。

该项研究成果开启了量子直接通信实用化建设的新征程。未来，量子直接通信系统有望广泛应用于政务、金融等对信息安全要求极高的领域，切实增强通信安全性。

图1 单向量子直接通信理论方案

图2 信息传输速率与量子比特误码率测试结果

该论文共同第一作者为量子院助理研究员潘栋、量子院/清华大学博士生刘雨辰，通讯作者为量子院科研副院长/清华大学教授龙桂鲁，合作者还包括量子院牛鹏皓、张浩然、张飞昊、王敏、宋萧天、陈秀伟，以及北方工业大学教授郑超。该研究得到了北京市、国家自然科学基金、低维量子物理国家重点实验室、中国科协青年托举计划等支持。