记者12日从北京量子信息科学研究院获悉，北京量子信息科学研究院科研副院长、清华大学理学院物理系教授龙桂鲁团队与清华大学电子工程系教授陆建华团队合作设计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，成功实现100公里的量子直接通信。这是至今为止世界上最长的量子直接通信距离。

能感知和阻止窃听

　　“量子原理能够用于感知窃听。 ”龙桂鲁介绍，量子直接通信以量子态作为载体来编码和传输信息。量子直接通信改变了传统保密通信的双信道结构，将噪声信道下的可靠通信发展为噪声和窃听信道下的可靠和安全通信，不仅能够感知窃听，还能够阻止窃听。

　　这一突破能够实现无中继条件下部分城市与城市之间的点对点量子直接通信。龙桂鲁说：“无中继长距离量子直接通信的意义在于，可满足一些无法进行中继的场景的量子直接通信，如星地之间的量子直接通信。此外，当通信速率满足要求时，长距离通信可减少中继数量，降低链路节点的部署成本，降低通信延时，提升通信性能，优化用户使用体验。 ”

首次达到100公里

　　北京量子信息科学研究院相关负责人介绍，龙桂鲁与其博士生刘晓曙于2000年提出量子直接通信的首个协议。 2016年至2017年间，国内多所高校的科研团队分别合作完成了龙桂鲁等提出的基于单光子和基于纠缠的量子直接通信协议的原理演示实验。2019年，龙桂鲁团队与陆建华团队合作，成功研制了量子直接通信系统，实现1.5公里光纤距离下50比特每秒的安全通信速率。2020年，他们发布实用化量子直接通信样机，实现了10公里光纤中4千比特每秒的传输速率。同年，他们将通信距离提升至18公里。

　　龙桂鲁团队与陆建华团队近日设计并实现的量子直接通信新系统，使量子直接通信距离首次达到100公里，不仅可在无中继条件下实现部分城市之间的点对点量子直接通信，还可支撑基于安全经典中继建立的广域量子网络的一些应用。相关成果已发表在《光：科学与应用》期刊。

　　此前公开发表的成果中，量子直接通信的最长距离为18公里。 文图据新华社

/延伸 /

量子通信技术如何防窃听

　　日常生活中的通信是把人所看到的图像转变成电信号或是光信号，通过光缆或者电缆将电信号或光信号传至接收信号的远方，之后利用一个测量装备，再把电信号和光信号转变成声音与图像。

　　在物理学领域，学者们用物理量来代表信息。这个物理量可以被反复测量，每次测量出来的物理量都是一致的，即每次读出来的信息都一样。

　　量子通信则是把传统通信的物理量换成量子力学领域里独有的量子态。中国科学技术大学物理学院、中科院量子信息重点实验室的韩正甫教授表示，量子态不是常规的物理量，典型特征是测不准，量子态每被测量一次都会产生变化，导致测量出来的结果不尽相同，无法确保得到的结果是我们想要的结果，但是合法的两个通信者能够通过协议得到确定的信息，因此利用量子态来代表信息可以有效防止信息被窃听。

　　量子密钥是量子通信中保证通信过程不被人窃听的核心。量子密钥是一组随机数。通信的双方会共享一组一样的量子密钥。之后用随机数跟通讯内容做一个变换，使通讯内容成为乱数。合法的通信者事先已经共享了密钥，因此合法接收者收到乱数之后可以利用密钥做反向变化，将信息从乱数中提取出来。而窃听者由于没有密钥，得到的只是一堆乱数，无法获得有效信息。

　　与传统通讯相比，量子通信的优势在于安全性，但是它也有一个弱点，随着传输距离增长，量子通信的传输速度会逐渐降低，一旦传输速度接近于0，传输无效。传输距离是量子通信领域中一个非常重要的指标，通过各种手段提升该指标是各国在量子通信领域争夺的重要方向。

　　量子保密通信的重点不在于“量子”，而在于“保密”。从国家层面来说，量子保密通信技术的发展可以提高国家的信息安全水平。但量子通信技术目前在民间并没有大范围普及应用。全国性的量子通信网络尚未建立，相关的消费成本也十分高昂，无法提供人对人的产品和服务。量子通信技术出现后如何应用于公民的日常生活，这一问题目前还属于探索阶段，量子通信技术的日常应用也尚未得到市场的完全加持。据央视新闻