陈根：100公里量子通信，更进一步距离突破

文/陈根

早在20世纪上半叶，量子通信就成为科技界和产业界期待的一种新的通信方式——量子通信既不通过载体，也不受通信双方空间距离的限制，不存在任何传输延时。

并且，随着世界电子信息技术加快发展，以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限，量子通信以其绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、可远距离传输信息和高效等特点，得到全球科技界、产业界普遍重视，量子通信的重要性日益凸显。

当前，虽然量子通信耶取得了一定的成功，但是量子通信的大门却一直未能打开，究其原因，则在于量子通信目前还无法实现远距离传输。

2016年，清华大学和山西大学联合团队曾把纠缠态的高能光子对穿过10英里（约16.1公里）长的自由空间通道，量子保密通信技术的物理原理保证了其绝对安全性。这一距离是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离，也是目前国际上没有窃听漏洞量子密钥分发的最大距离。

而现在，清华大学团队再次获得了成功，研究人员首次实现通信距离达到100公里的量子直接通信新系统，这是目前世界上最长的量子直接通信距离，有助于实现无中继条件下城际量子直接通信。

具体来看，研究团队设计和实现了一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统，量子直接通信距离首次达到100公里，可以在无中继条件下实现城市之间的点对点量子直接通信，同时可以支撑基于安全经典中继建立的广域量子网络的一些应用。

在以往的系统中，抽样检测和信息传输均采用相位量子态。此次，清华团队研发的新系统采用相位量子态和时间戳量子态的混合编码。时间戳量子态可用于抽样检测，大大降低噪声影响，通信依然采用具有自补偿性能的相位量子态。

因此，新系统具有高度的稳定性和极低的本征误码率，结合具有更强纠错能力的极低码率LDBCH编码，有效提高了安全通信容量、距离和速率。

此外，新系统在50MHz（赫兹）激光脉冲频率下将最大可容忍损耗从5.1dB（分贝）提升到18.4dB，在商用低损耗单模光纤中的最远通信距离达到100公里，突破了之前10英里的最长距离。其通信速率也得到了提升，在30公里光纤距离下通信速率达到22.4kbps。同时，该系统在激光脉冲频率上还有提升空间，相应的通信距离、速率将有望进一步提升，满足部分场景的应用需求。

相关成果已经发表在《Light-Science&Applications》期刊上。

关键词： 直接通信 清华大学 自由空间 脉冲频率 混合编码