研究人員已經(jīng)證明，在30米（100英尺）的湍流水域中，水下量子鏈?zhǔn)强赡艿摹＿@些發(fā)現(xiàn)可能有助于有一天確保潛艇的量子通信安全。

量子密碼學(xué)利用光子等粒子的量子特性，以理論上不可破解的方式對(duì)消息進(jìn)行加密和解密。全世界的科學(xué)家正在努力為全球?qū)崟r(shí)量子互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)基于衛(wèi)星的量子通信網(wǎng)絡(luò)。

除了在空氣中、通過真空和光纖電纜中發(fā)送量子通信信號(hào)外，研究人員還研究了通過水建立量子通信鏈路的問題。這項(xiàng)工作可能幫助實(shí)現(xiàn)潛艇和水面艦艇之間，以及與其他潛艇、飛機(jī)甚至衛(wèi)星之間的安全量子通信。

雖然水能吸收許多無線電波，但它對(duì)400到500納米的光波是透明的，大致相當(dāng)于綠光、藍(lán)光和紫光。

先前的研究表明，在晴朗的條件下，通過水的量子鏈的最大長度為300米，波長為418納米。先前的研究也成功地建立了跨越55米的隱蔽水域的量子通信，比如在海灣中發(fā)現(xiàn)的量子通信。然而，到目前為止，科學(xué)家們只報(bào)道了5.5米湍流水域的量子通信。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員在“水槽”中進(jìn)行了量子通信實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家可以在水槽中產(chǎn)生波浪來模擬海洋。他們還嘗試了兩種不同的量子通信策略，一種是光的偏振，另一種是結(jié)合信號(hào)的偏振和軌道角動(dòng)量，分析量子通信協(xié)議在最大距離和數(shù)據(jù)傳輸速率方面的差異。

研究人員在長達(dá)30米的湍流水中以每秒72千比特的速度實(shí)現(xiàn)了量子通信，這是迄今為止報(bào)道的最長距離。盡管湍流確實(shí)導(dǎo)致了光信號(hào)的顯著漂移和失真，但這些錯(cuò)誤率并沒有阻止量子鏈路在兩種通信協(xié)議中的成功建立。

出乎意料的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)射機(jī)沿著水槽向下移動(dòng)，它們也能保持量子通信的正常進(jìn)行。”加拿大渥太華大學(xué)量子物理學(xué)家、主要作者Felix Hufnagel說：“我們?cè)A(yù)計(jì)，如果沒有光束跟蹤技術(shù)，這是不可能的。”

在研究人員分析了數(shù)據(jù)之后，他們認(rèn)為在湍流的水中，安全量子通信的最大距離實(shí)際上可能是80米，盡管這將取決于所用探測器的效率等因素。他們說，改善這些因素可能會(huì)顯著提高最大通信距離。

Hufnagel說，未來，研究人員的目標(biāo)是試驗(yàn)更快的電子設(shè)備和光束跟蹤工具，“這將使我們能夠在實(shí)際上漂浮在水中并在水中移動(dòng)的兩方或多方之間進(jìn)行通信。”他補(bǔ)充說，他們還想在空氣和波濤洶涌的水中進(jìn)行量子鏈路實(shí)驗(yàn)，這將“帶來一系列全新的挑戰(zhàn)，需要在發(fā)送方和接收方進(jìn)行動(dòng)態(tài)光束校正”。
責(zé)任編輯:pj