日前，北京量子信息科学研究院副院长、清华大学教授龙桂鲁团队和清华大学教授陆建华团队合作，设计实现了一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统，通信距离达100公里，是当前世界最长的量子直接通信距离。这样的指标可以在无中继条件下实现城市之间的点对点量子直接通信，同时可以支撑基于安全经典中继的广域量子网络的一些应用。该成果近日在线发表于《光：科学与应用》。
以前的系统中抽样检测和信息传输全部采用相位量子态，新系统则采用了相位量子态和时间戳量子态的混合编码，时间戳量子态用于抽样检测，大大降低了噪声影响。而通信依然采用具有自补偿性能的相位量子态。因此，新系统具有高度稳定性和极低本征误码率，即没有窃听时的误码率，结合具有更强纠错能力的极低码率LDBCH编码，有效提高了安全通信容量、距离和速率。
新系统在50兆赫激光脉冲频率下将最大可容忍损耗从5.1分贝提升到18.4分贝，在商用低损耗单模光纤中的最远通信距离达到100公里，突破了之前18公里的最长距离。新系统的通信速率也得到提高，在30公里的光纤距离，通信速率达到22.4千比特率。
不过龙桂鲁也表示，新系统在激光脉冲频率上还有大的提升空间，相应的通信距离、速率有望进一步提升，满足部分场景的应用需求。
该项研究成果表明，使用现有的成熟技术手段，城市间的点对点量子直接通信可行。龙桂鲁表示，利用最近北京量子信息科学研究院、清华大学等中英学者提出的安全经典中继量子网络技术，科学家可以建设安全中继量子网络，支撑多种应用。（记者郑金武）
论文相关信息：https://doi.org/10.1038/s41377-022-00769-w
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