在量子通信領(lǐng)域，一項(xiàng)由北京量子信息科學(xué)研究院攜手清華大學(xué)及北方工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)所取得的重大進(jìn)展，正引領(lǐng)著信息安全技術(shù)的革新。這項(xiàng)研究不僅提出了全新的單向量子直接通信理論，還成功開(kāi)發(fā)出具備高度實(shí)用性的通信系統(tǒng)，刷新了世界紀(jì)錄。
據(jù)悉，該系統(tǒng)在長(zhǎng)達(dá)104.8公里的傳輸距離上，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)168小時(shí)無(wú)故障運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)2.38千比特每秒（kps）。這一突破性成就已于近期在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Science Advances上發(fā)表，標(biāo)志著量子直接通信技術(shù)從理論探索邁向了實(shí)際應(yīng)用的嶄新階段。
量子直接通信技術(shù)，最初由清華大學(xué)的龍桂魯團(tuán)隊(duì)提出，其核心理念在于利用量子態(tài)的獨(dú)特性質(zhì)實(shí)現(xiàn)安全通信。相較于傳統(tǒng)通信手段，該技術(shù)具備顯著的五大優(yōu)勢(shì)：竊聽(tīng)感知能力、阻止竊聽(tīng)的有效性、與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容性、管理流程的簡(jiǎn)化以及隱蔽傳輸?shù)奶匦浴＿@些特點(diǎn)為現(xiàn)代信息社會(huì)提供了更為安全可靠的信息傳輸途徑。
回顧過(guò)往，該研究團(tuán)隊(duì)在2022年便已在量子直接通信領(lǐng)域取得了初步成果，實(shí)現(xiàn)了100公里的傳輸距離。然而，當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸速率僅為0.5比特每秒（bps），僅能用于傳輸極為簡(jiǎn)短的信息。為了克服這一局限，研究團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)單向量子直接通信技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)將量子態(tài)的傳輸距離減半，有效降低了信號(hào)損耗，從而顯著提升了通信性能。
然而，現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的高損耗和高噪聲問(wèn)題一直是制約量子直接通信技術(shù)實(shí)用化的關(guān)鍵瓶頸。為了攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)在龍桂魯教授的引領(lǐng)下，取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破。這些突破包括高噪高損信道編碼技術(shù)的研發(fā)、信道掩碼增容方法的創(chuàng)新以及高速量子態(tài)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。基于這些創(chuàng)新成果，團(tuán)隊(duì)成功提出了全新的單向量子直接通信理論方法，并首次實(shí)現(xiàn)了在同一組光量子態(tài)中同時(shí)完成信息的安全傳輸與密鑰協(xié)商。
在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，研究人員通過(guò)104.8公里的標(biāo)準(zhǔn)光纖進(jìn)行了通信測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、連續(xù)地運(yùn)行168小時(shí)，傳輸速率高達(dá)2.38千比特每秒。這一性能相較于2022年的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了4760倍的提升，不僅突破了量子直接通信的技術(shù)瓶頸，更為其實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
隨著量子直接通信技術(shù)的不斷成熟和完善，其有望在政務(wù)、金融等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。這些領(lǐng)域?qū)π畔踩囊髽O高，量子直接通信技術(shù)的引入將進(jìn)一步提升通信系統(tǒng)的安全性與可靠性，為信息安全保障提供全新的技術(shù)支撐。
