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想象一下，如果有一種通信方式，會(huì)把傳輸?shù)男畔⒀b進(jìn)“量子保險(xiǎn)箱中”，一旦有人試圖竊取窺探，保險(xiǎn)箱不僅會(huì)自動(dòng)報(bào)警，還會(huì)第一時(shí)間銷毀信息，讓竊聽者一無所獲。

這不是科幻作品中的想象，近期，北京量子信息科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、清華大學(xué)教授龍桂魯團(tuán)隊(duì)把這種通信的“時(shí)速”，從每小時(shí)只能傳送幾個(gè)字的“量子電報(bào)”，提升到了可以實(shí)時(shí)通話的“量子電話”水平。

什么是“量子直接通信”？它和我們的日常生活可能存在什么樣的關(guān)系？讓我們一起探秘用量子技術(shù)說的“悄悄話”吧！

量子態(tài)的“特殊屬性”讓保密通信更安全

清華大學(xué)教授龍桂魯用生動(dòng)的比喻介紹了量子直接通信和加密微信、保密電話的區(qū)別：“我們現(xiàn)在用的加密通信，就像要寄一封絕密信件：傳統(tǒng)加密方式是把信件鎖進(jìn)一個(gè)加密邏輯非常復(fù)雜的‘密碼鐵盒’，再寄出去。即便快遞員（網(wǎng)絡(luò)信道）不可靠，理論上只要這個(gè)‘鎖’足夠復(fù)雜（比如銀行常用的RSA加密方式），別人短時(shí)間無法破解，信中的信息就是安全的?！倍傲孔又苯油ㄐ拧钡乃悸犯鼜氐?，我們根本不需要那個(gè)外在的“密碼鐵盒”來加密。具體來說，我們用一個(gè)個(gè)光量子（光子）來攜帶信息，如果有人偷看則自毀，否則就安全送達(dá)。

“窺之即變”量子信封：誤碼率化身硬核安檢官

如果將量子態(tài)比作“信封”，這個(gè)“信封”是如何察覺并阻止信息竊取的？龍桂魯教授解釋道：“量子世界有一個(gè)‘看一眼就變’的根本特性。這個(gè)絕密信件的信封本身由‘量子材料’制成，它極其脆弱敏感，任何‘打開’的嘗試（即測(cè)量量子態(tài)），都會(huì)破壞其原有狀態(tài)。這就像信封自帶的智能封簽被破壞，任何小動(dòng)作都會(huì)被精準(zhǔn)識(shí)別?！?/p>

其中，“誤碼率”就是一個(gè)可量化的“異常指標(biāo)”，也是一個(gè)核心警報(bào)器，如果誤碼率很低，就代表著信道是安全的，則我們可以放心傳輸核心機(jī)密信息；一旦存在竊聽，竊聽者的每一次“強(qiáng)行測(cè)量”都會(huì)引入額外的錯(cuò)誤，導(dǎo)致測(cè)量到的誤碼率突然飆升，我們就可以隨即中止通信，轉(zhuǎn)入安全保護(hù)模式。

量子模塊成功上天 筑牢空天地量子網(wǎng)根基

2025年初，我國(guó)量子直接通信的性能獲得極大提升。龍桂魯教授團(tuán)隊(duì)在104.8km標(biāo)準(zhǔn)光纖通信實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)168小時(shí)、速率為2.38kbps的穩(wěn)定傳輸，與2022年的系統(tǒng)相比，速率提升了近5000倍。

這個(gè)速度意味著什么？巨大的速度提升是如何實(shí)現(xiàn)的？

“簡(jiǎn)單來說，達(dá)到的2.38kbps的速率可以穩(wěn)定地實(shí)時(shí)傳輸保密文字和圖片信息了。這標(biāo)志著我國(guó)的量子直接通信，從原理演示邁入了1Q（1G）實(shí)用化階段?！饼埞痿斀淌谧院赖亟榻B。

“速度的提升源于我們發(fā)明并采用了一套全新的信件投遞方案！”龍桂魯教授形象地解釋：“過去，我們利用‘量子信封’（光子）傳遞信息，需要在用戶間往返走一遍，信使很累，傳送速度就慢；我們的新方案只需要單程遞送，極大地降低了信使的‘疲勞’程度，也就是降低了光子信號(hào)的損耗。”

“正是這套全新的‘打包規(guī)則’，結(jié)合硬件集成上的優(yōu)化，讓我們?cè)诎俟锞嚯x上，實(shí)現(xiàn)了從‘一小時(shí)斷斷續(xù)續(xù)發(fā)幾個(gè)碼’到‘連續(xù)一周穩(wěn)定打電話’的本質(zhì)飛躍。”

2025年6月，龍桂魯教授團(tuán)隊(duì)的激光器和編碼模塊搭乘火箭完成了測(cè)試。這次成功的驗(yàn)證，意義在于說明我國(guó)的量子直接通信關(guān)鍵模塊，能夠克服宇航搭載發(fā)射環(huán)境的影響，奠定了建立星地量子直接通信的基礎(chǔ)。

未來，通過量子衛(wèi)星，可以實(shí)現(xiàn)覆蓋全球、防竊聽的量子直接通信，與地面光纖網(wǎng)絡(luò)一起，形成自主的安全通信戰(zhàn)略能力。

量子端機(jī)聚焦專用領(lǐng)域 民用主打芯片化路線

目前，像電腦主機(jī)大小的量子端機(jī)，是面向政務(wù)、金融等關(guān)鍵領(lǐng)域的專用設(shè)備。普通人什么時(shí)候能用上“量子防竊密”技術(shù)？量子安全通信，是不是意味著未來我們網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)賬、聊天的信息就根本無法被竊取和破解？

龍桂魯教授認(rèn)為，它走進(jìn)普通人的生活，還需要一定時(shí)間，其路徑更可能像超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸普及：前期服務(wù)于國(guó)家重大需求和高端市場(chǎng)，隨著芯片化、集成化突破，未來或許會(huì)以“安全芯片”或運(yùn)營(yíng)商服務(wù)的形式，為民眾的移動(dòng)支付等高敏感交互提供增強(qiáng)保護(hù)。

量子直接通信提供的是傳輸過程中的“原理性安全”，即信息在信道中被竊聽必定會(huì)被發(fā)現(xiàn)。這是一種對(duì)信息傳輸?shù)摹澳Хǚ庥　薄?/p>

回顧從2000年該理論提出到今天付諸應(yīng)用實(shí)踐，龍桂魯教授用一句話總結(jié)了“量子直接通信”為這個(gè)世界帶來的最獨(dú)特的禮物：它提供了一種利用量子態(tài)實(shí)現(xiàn)安全通信的新范式。

這是量子通信從基礎(chǔ)研究（0到1）到應(yīng)用研究（1到N）的完整創(chuàng)新鏈條，更是我國(guó)高水平科技自立自強(qiáng)的體現(xiàn)。

龍桂魯教授透露：今年上半年，我們會(huì)看到團(tuán)隊(duì)的最新研究成果。

（作者 林雨南 郭曉婷）