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?。這些發(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消息進行加密和解密。全世界的科學(xué)家正在努力為全球?qū)崟r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。這項工作可能幫助實現(xiàn)潛艇和水面艦艇之間，以及與其他潛艇、飛機甚至衛(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400到500納米的光波是透明的，大致相當(dāng)于綠光、藍光和紫光。

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)家們只報道了5.5米湍流水域的量子通信。

在這項新的研究中，研究人員在“水槽”中進行了量子通信實驗，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)合信號的偏振和軌道角動量，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30米的湍流水中以每秒72千比特的速度實現(xiàn)了量子通信，這是迄今為止報道的最長距離。盡管湍流確實導(dǎo)致了光信號的顯著漂移和失真，但這些錯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)射機沿著水槽向下移動，它們也能保持量子通信的正常進行?！奔幽么箐滋A大學(xué)量子物理學(xué)家、主要作者Felix Hufnagel說：“我們曾預(yù)計，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)是試驗更快的電子設(shè)備和光束跟蹤工具，“這將使我們能夠在實際上漂浮在水中并在水中移動的兩方或多方之間進行通信。”他補充說，他們還想在空氣和波濤洶涌的水中進行量子鏈路實驗，這將“帶來一系列全新的挑戰(zhàn)，需要在發(fā)送方和接收方進行動態(tài)光束校正”。
責(zé)任編輯:pj