全球首個海水量子通信上海交大實驗成功

　　原標題：被國際同行譽為繼“墨子號”後，中國在量子通信研究領域又一里程碑成果———全球首個海水量子通信實驗成功

　　上海科學家驗證海水可作為量子通信信道，重現量子穿過海水過程的矩陣模型

　　全球量子通信有望補上重要板塊———佔地球表面積約70%的海洋。日前，上海交通大學金賢敏課題組實現了首個海水量子通信實驗，觀察到了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，國際上首次實驗驗證了水下量子通信的可行性。

　　該成果以“邁向自由空間海水中的量子通信”為題，發表在本月出版的國際權威學術期刊《光學快報》，並被選為編輯推薦成果。英國《新科學家》《每日郵報》等都以“全球首個水下量子糾纏將導致不可破譯通信技術”為題作了報道，國際科學廣播類網站FQXI將該工作視為繼“墨子號”量子衛星之後，中國在量子通信領域取得的又一里程碑成果。

　　海洋是全球量子通信的重要版圖，到目前為止，科學家已經通過實驗證明量子糾纏可以在大氣空間或光纖中傳播。但是否能在海水中傳播，此前美、英兩國相關研究卻一直止步于驗證實驗。

　　2014年回國的金賢敏帶領團隊採集海水樣本，研究了光子在不同鹽度海水中的折射度並選擇合適光譜，最終將光子的極化作為信息編碼的載體進行實驗。實驗取得了兩個主要結果：一是證明海水並非絕對的屏障或墻，量子糾纏可以穿透海水實現保密通信；二是重現了量子穿過海水過程的矩陣模型。

　　首次海水量子實驗所用器材是一根3.3米的管道，儘管這個距離相較于實際應用來説還遠遠不夠，但在專家眼中，這“第一步”邁得相當不錯。要知道第一個大氣中的量子通信實驗距離僅30釐米。

　　相比基於光纖和大氣空間信道的量子通信，將海水作為量子通信信道的難度更高。“海水鹽度對光的折射率有影響，需要更精確地計算接收角度，而且許多理論研究都擔心海水中的微生物和懸浮顆粒會導致光子在傳播路徑上遭遇散射，從而使量子通信無法進行。”金賢敏説。

　　在發表文章的附錄中，金賢敏課題組給出了實驗的意外收穫———可將微生物或懸浮顆粒等造成的散射都歸於海水損耗，海水的耗量雖然很大，但光子只會丟失，不會發生量子比特翻轉。“就是有一隊光子要從A點走到B點，儘管一路上走丟了很多光子，但那些能走到B點的光子，就是較少受到散射干擾的，並沒有變成別的光子。靠這些走到B點的光子，仍然可以建立安全密鑰。”金賢敏説。

　　他也坦言，目前只是朝著水下量子通信邁出了第一步，離實現可實用化的水下、空海一體的量子通信連線和網絡還有很多工作要做，但是前景可期。