上天入地下海可 - 世界首个海水量子通信实验成功

科技日报讯 （记者刘霞）近日，上海交通大学金贤敏团队成功进行了首个海水量子通信实验，观察到了光子极化量子态和量子纠缠可在海水中保持量子特性，在国际上首次通过实验验证了水下量子通信的可行性，向未来建立水下及空海一体量子通信网络迈出重要一步。该成果发表在最新一期的《光学快报》杂志上，并被列为编辑推荐。

目前，基于光纤和自由空间大气信道的量子通信已被证明可行。那么，海洋能否用作量子信道呢？金贤敏对科技日报记者解释，尽管相比光纤和大气，海水中悬浮物和盐度等对光子导致的散射和损耗效应要大得多，但其实，海水也有一个光子传输时损耗较低的蓝绿窗口，且其能被商用单光子探测器探测到。因此，基于海水的量子通信理论上是可行的。“而且，缺少了海洋，全球化的量子通信网是不完整的。”

在最新实验中，他们选择光子的极化作为信息编码的载体，并通过模拟证明，在非常大的损耗和散射下，极化编码的光子只会丢失，而不会发生量子比特翻转。也就是说，即使经历了海水巨大的信道损耗，只要有少量单光子存活下来，仍可被用于建立安全密钥。

目前的结果显示，水下量子通信可达数百米，虽然信道较短，但能对水下百米量级的潜艇和传感网络节点等进行保密通信，即使是从水下几米深的地方对卫星和飞行器进行保密通信，也比之前认为海水是“禁区”更进了一步，因此，能在军事等领域“大显身手”。

金贤敏指出，虽然目前只是朝水下量子通信迈出了第一步，离实用化的水下、空海一体量子通信连线和网络还有一段距离，但“最新研究证明，实现量子通信技术的上天、入地、下海的未来图景可期”。