海水也能作为量子通信的信道？水下量子通信如何实现

据《中国商报》报道，9月，上海交通大学金贤敏课题组完成了世界首个海水量子通信实验，观察到光子极化量子态和量子纠缠可以在高损耗和高散射的海水中保持量子特性，这是国际上首次验证水下量子通信的可行性的实验，意味着海陆空一体的量子通信网络有望在未来实现。那么，你是否好奇过，这项里程碑式的实验是如何实现的呢？

光子极化编码的量子态在海水中传输示意图。 （来源：《科技日报》）

对于实验的可行性，《新民晚报》介绍，上海交大物理与天文系特别研究员金贤敏发现，400纳米-500纳米波段的蓝绿光能够相对损耗较小地穿过海水，这个“蓝绿窗口”加上海水的各向同性使得水下量子通信在理论上可行。实验的可行性为实验的成功奠定了坚实的基础，也是后期试验成功的保障。

金贤敏在接受《科技日报》的采访时介绍，海水能否作为量子通信的信道一直是个未解之谜。此次，他们在实验中选择光子的极化作为信息编码载体，并通过模拟证明，即使经历了海水巨大的信道损耗，极化编码的光子也只会丢失，而不会发生量子比特翻转，也就是说，只要存留下少量单光子，它们仍可被用于建立安全密钥。由此可见，我们离所期待的海陆空一体化的量子通信时代又迈进了一大步。

海水量子通信有哪些具体的应用呢？据《科技日报》报道，科研团队的实验结果显示，可预期的水下量子通信最远距离可达数百米，足以对水下百米量级的潜艇和传感网络节点等进行保密通信。另外，科研团队计划在未来进行外场实验，比如克服海水的晃动对光子的影响，来进一步提高光子在海水中的传播距离。未来，可以期待水下量子通信在军事和高商业机密领域大显身手。（李玲）

本文由中科院物理所副研究员罗会仟进行科学性把关，目前其主要领域为超导、电子、电磁、半导体、自动化、中子散射等。