海水也能作為量子通信的信道？水下量子通信如何實現

據《中國商報》報道，9月，上海交通大學金賢敏課題組完成了世界首個海水量子通信實驗，觀察到光子極化量子態和量子糾纏可以在高損耗和高散射的海水中保持量子特性，這是國際上首次驗証水下量子通信的可行性的實驗，意味著海陸空一體的量子通信網絡有望在未來實現。那麼，你是否好奇過，這項裡程碑式的實驗是如何實現的呢？

光子極化編碼的量子態在海水中傳輸示意圖。 （來源：《科技日報》）

對於實驗的可行性，《新民晚報》介紹，上海交大物理與天文系特別研究員金賢敏發現，400納米-500納米波段的藍綠光能夠相對損耗較小地穿過海水，這個“藍綠窗口”加上海水的各向同性使得水下量子通信在理論上可行。實驗的可行性為實驗的成功奠定了堅實的基礎，也是后期試驗成功的保障。

金賢敏在接受《科技日報》的採訪時介紹，海水能否作為量子通信的信道一直是個未解之謎。此次，他們在實驗中選擇光子的極化作為信息編碼載體，並通過模擬証明，即使經歷了海水巨大的信道損耗，極化編碼的光子也隻會丟失，而不會發生量子比特翻轉，也就是說，隻要存留下少量單光子，它們仍可被用於建立安全密鑰。由此可見，我們離所期待的海陸空一體化的量子通信時代又邁進了一大步。

海水量子通信有哪些具體的應用呢？據《科技日報》報道，科研團隊的實驗結果顯示，可預期的水下量子通信最遠距離可達數百米，足以對水下百米量級的潛艇和傳感網絡節點等進行保密通信。另外，科研團隊計劃在未來進行外場實驗，比如克服海水的晃動對光子的影響，來進一步提高光子在海水中的傳播距離。未來，可以期待水下量子通信在軍事和高商業機密領域大顯身手。（李玲）

本文由中科院物理所副研究員羅會仟進行科學性把關，目前其主要領域為超導、電子、電磁、半導體、自動化、中子散射等。