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近日，上海交通大學(xué)陳險(xiǎn)峰教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海電力大學(xué)李淵華教授團(tuán)隊(duì)，在量子直接通信領(lǐng)域取得新突破。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出長(zhǎng)距離大規(guī)模可擴(kuò)展全連接量子直接通信理論架構(gòu)，并成功實(shí)現(xiàn)四節(jié)點(diǎn)間300公里級(jí)量子直接通信網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）。

量子直接通信理論體系由清華大學(xué)和北京量子信息科學(xué)研究院龍桂魯教授團(tuán)隊(duì)于2000年首創(chuàng)。山西大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、南京郵電大學(xué)、廣西大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)相繼完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2020年，國(guó)際首臺(tái)量子直接通信樣機(jī)在我國(guó)誕生。2025年2月，北京量子信息科學(xué)研究院聯(lián)合清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)，基于單向量子直接通信理論研制出實(shí)用化系統(tǒng)，創(chuàng)造了104.8公里距離下2.38千比特每秒（kbit/s）的傳輸距離，并且實(shí)現(xiàn)了168小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定傳輸世界紀(jì)錄。

上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2021年，陳險(xiǎn)峰團(tuán)隊(duì)率先實(shí)現(xiàn)15節(jié)點(diǎn)參與的40公里量子直接通信網(wǎng)絡(luò)。本次研究中，李淵華、陳險(xiǎn)峰等創(chuàng)新性采用雙泵浦光參量下轉(zhuǎn)換技術(shù)，構(gòu)建起具有高抗干擾能力的量子糾纏分發(fā)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通信后各節(jié)點(diǎn)間共享量子態(tài)保真度仍保持在85%以上，驗(yàn)證了該方案在長(zhǎng)距離通信中的可靠性。經(jīng)300公里傳輸后到達(dá)接受節(jié)點(diǎn)的光子對(duì)數(shù)仍達(dá) 300-400 Hz，這意味著經(jīng)過(guò)編碼后理論通信速率可達(dá)每秒數(shù)比特的量級(jí)。

該成果的技術(shù)突破主要體現(xiàn)在三方面：一是突破傳統(tǒng)星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)限制，實(shí)現(xiàn)全連接網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性；二是通過(guò)優(yōu)化糾纏光源制備技術(shù)，將傳輸距離提升至300公里量級(jí)；三是建立基于量子態(tài)重構(gòu)的誤差修正機(jī)制，保障了多節(jié)點(diǎn)通信的穩(wěn)定性。

值得注意的是，連續(xù)變量量子直接通信領(lǐng)域近年也取得快速發(fā)展。2023年，西北大學(xué)曹正文教授團(tuán)隊(duì)演示了連續(xù)變量量子直接通信，達(dá)到5公里光纖的實(shí)用化傳輸距離；同年，法國(guó)巴黎薩克雷高等師范學(xué)院與意大利里雅斯特大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)也完成了原理性驗(yàn)證。

該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的成功構(gòu)建為量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化奠定了重要基礎(chǔ)。未來(lái)，相關(guān)技術(shù)可應(yīng)用于軍事指揮、政務(wù)通信、金融交易等對(duì)信息安全要求極高的領(lǐng)域。