我国科研团队首次完成星地量子直接通信系统模块级验证

北京量子信息科学研究院量子直接通信团队自主研发的量子直接通信激光器模块和相位编码模块，搭载在箭元科技元行者一号验证型火箭，随着火箭的成功发射，团队圆满完成星地量子直接通信系统模块级验证。此次验证试验，标志着我国星地量子直接通信技术正式迈入空天地一体化量子直接通信网络的构建阶段。

北京量子院量子直接通信团队自主研发的激光器模块出舱图

此次搭载的两个模块是星地量子直接通信系统的关键组成部分，由北京量子信息科学研究院副院长、清华大学教授龙桂鲁的量子直接通信团队自主研发。是团队历时三年攻关的原创性成果。量子直接通信激光器模块采用了高稳定性脉冲光源技术、抗辐照技术等；相位编码模块则采用高效、高速和精密信号调理技术，实现对单光子级信号的高精度、高速率、高效调制。

本次搭载主要进行的是对模块抗震动、抗辐照等火箭发射升空过程中的各类环境变化的鲁棒性测试。团队采用模块化设计，尽可能利用国内验证平台和有限测试资源，分模块、分阶段和逐级验证，尽可能降低星地通信技术迭代成本，加快星地网络构建。

业内介绍，量子直接通信目前已从实验室走向实际应用，未来量子直接通信网络将在政务与公共事务、金融安全、国防和基础设施等需要高安全领域发挥作用，并逐步向民用场景渗透，未来个人电子账户、智能家居数据均获量子级保护。在政务、金融、电信、能源等高安全需求领域，将构建起量子增强的安全通信体系，推动信息安全产业进入“量子+”新时代。

龙桂鲁的量子直接通信研究

量子直接通信是用量子态直接传送信息的一种新型通信方式，能够直接利用量子态将信息秘密地从一个终端传输到另一个终端：传统通信关心的是信息在噪声信道下的可靠传输，本身不解决信息的安全问题，量子直接通信则实现了在既有噪声又有窃听的信道下信息的可靠和安全通信。

2000 年，量子通信的前景初见端倪，全球研究热度很高。当时龙桂鲁则提出了一个大胆的创新设想：“除了使用量子态来分发密钥以外，能不能直接用量子态传输信息？”随后，龙桂鲁团队在国际上提出了第一个量子直接通信的物理模型———两步量子通信方案，开拓了量子直接通信这一新的量子通信研究方向。

2007 年，龙桂鲁教授和邓富国、文凯等人探讨了如何利用量子媒介实现可重复使用的一次性密码本（Vernam Cipher），并提供了两种明确的协议和相关的安全性证明。

2016-2017 年，国内多所高校的科研团队通力合作，分别完成了龙桂鲁教授提出的“基于单光子”和“基于纠缠态”的量子直接通信协议的原理演示实验，不仅验证了量子直接通信的可行性，还为后续的实用化研究打下坚实基础。

今年2月，在104.8km标准光纤通信实验测试中，龙桂鲁教授团队实现了连续168小时、速率为2.38k bps的稳定传输，首次证明其可独立支撑城域安全通信网，成为“一站式”的国产量子通信工具。

新突破：300公里级的全连接量子直接通信网络

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。

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。