近日，一項重大科研成果在北京量子信息科學研究院（量子院）誕生，攜手清華大學與北方工業大學，科學家們成功推進了量子直接通信領域的前沿探索。他們不僅提出了全新的單向量子直接通信理論，還成功研發出實用的通信系統，該系統在長達104.8公里的距離上，實現了連續168小時、速率達2.38kbps的穩定信息傳輸，刷新了世界紀錄。
這一里程碑式的成果已正式發表于國際權威期刊《Science Advances》，文章標題為“利用相同光子量子態同時進行信息傳輸與密鑰交換”。這一發表標志著量子直接通信從理論探索邁向了實際應用的關鍵一步。
量子直接通信的概念由清華大學的龍桂魯團隊首次提出，其利用量子態的特性來實現安全通信。這種通信方式具有五大顯著優勢：能夠即時感知竊聽行為、有效阻止竊聽、與現有網絡高度兼容、管理流程簡化以及具備隱蔽傳輸的能力。在信息安全問題日益凸顯的今天，量子直接通信為信息安全防護提供了新的思路與解決方案。
量子院團隊在量子直接通信領域早有建樹，曾在2022年創下100公里傳輸距離的世界紀錄，但當時的信息傳輸速率僅為0.5bps，僅能傳輸極為簡短的信息。為了提升通信性能，研究團隊聚焦于單向量子直接通信方案，通過縮短量子態的傳輸距離來減少損耗。然而，這一方案在過去僅在理想無損耗條件下可行，面對現實環境中的高損耗與高噪聲，實現起來極為困難。
在龍桂魯教授的帶領下，研究團隊克服重重挑戰，成功突破了高噪聲與高損耗信道編碼、信道掩碼增容以及高速量子態調制解調等一系列關鍵技術。他們提出的單向量子直接通信理論方法，能夠利用同一組光量子態同時完成信息的安全傳輸與密鑰協商，這一創新極大地推動了量子直接通信技術的實用化進程。
在實際測試中，該系統在104.8公里的標準光纖上，實現了連續168小時、速率為2.38kbps的穩定信息傳輸。與2022年的系統相比，傳輸速率提升了驚人的4760倍，標志著量子直接通信性能取得了質的飛躍。這一成果不僅解決了量子直接通信的關鍵技術難題，還成功研制出了實用的通信端機，為量子直接通信的廣泛應用奠定了堅實基礎。
