近日，上海交通大學金賢敏課題組實現(xiàn)了首個海水量子通信實驗，觀察到了光子極化量子態(tài)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，這標志著向未來建立水下以及空海一體量子通信網(wǎng)絡邁出了重要一步。該成果于8月以“邁向自由空間海水中的量子通信”為題的長文發(fā)表在國際光學領(lǐng)域著名期刊《光學快報》（Optics Express）上，并被選為編輯推薦（Editors’Pick）。  

該工作發(fā)表后立即被國際科學雜志NewScientist以“首個水下量子糾纏將導致不可破譯通信技術(shù)”為題進行了報道，加拿大量子衛(wèi)星項目負責人Thomas Jennewein指出，雖然以前也討論過水下量子通信的想法，但是迄今還沒有看到任何人做過這樣的實驗。同日，TheNextWeb（TNW）以“科學家發(fā)展了基于海水傳態(tài)的不可破譯通信技術(shù)”為題進行了報道。FQXI將該工作視為繼墨子號量子衛(wèi)星之后，中國在量子通信領(lǐng)域取得的又一里程碑工作。之后，GIZMODO，USweekly，RealClearScience也進行了跟蹤報道。   

量子通信技術(shù)是以單光子為信息載體，結(jié)合量子疊加和量子不可克隆等量子力學基本物理原理，與通信與系統(tǒng)、計算機科學，以及光科學與工程等學科交叉融合發(fā)展起來的新一代信息技術(shù)。量子通信有望幫助人類實現(xiàn)真正意義的無條件安全的保密通信，在未來的金融、軍事、公共信息安全等方面展現(xiàn)出極大的發(fā)展前景，已成為未來信息技術(shù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性方向之一。基于光纖和自由空間大氣信道的量子通信已經(jīng)被證明是可行的，近年來得到了長足的發(fā)展。然而覆蓋了地球70%的海洋是否可以被用作量子信道仍然是未知的。缺少了海洋，全球化的量子通信網(wǎng)是不完整的。該工作展示了實現(xiàn)量子通信技術(shù)的“上天、入地、下海”的未來圖景是可期的。  

金賢敏指出，相比于光纖和大氣，海水中懸浮物和鹽度等對光子導致的散射和損耗效應要大得多，因此，量子態(tài)能否在海水信道中存活，什么樣量子態(tài)適合在海水中傳輸而不發(fā)生退相干，都是不清楚的。其實，海水也有個光子傳輸時損耗較低的藍綠窗口，并且這個波段仍然是商用單光子探測器可以探測的。另外，考慮到海水的各向同性，在各種光子自由度中，他們選擇了光子的極化作為信息編碼的載體。通過模擬，他們還展示了在非常大的損耗和散射情況下，極化編碼的光子只會丟失，而不會發(fā)生不可接受的量子比特翻轉(zhuǎn)。也就是說，即使經(jīng)歷了海水巨大的信道損耗，只要有少量的單光子存活下來，仍然可以被用于建立安全密鑰。  

目前的結(jié)果顯示水下量子通信可達到距離是在幾百米量級，雖然相比于光纖和大氣信道較短，但是能對水下百米量級的潛艇和傳感網(wǎng)絡節(jié)點等進行保密通信已經(jīng)在軍事和高商業(yè)機密的領(lǐng)域很有用了。設想，即使是從水下幾米深的地方對衛(wèi)星和飛行器進行保密通信，也比之前認為海水是個絕對的屏障和禁區(qū)更進了一步。金賢敏指出，目前只是朝著水下量子通信邁出了第一步，離實現(xiàn)可實用化的水下、空海一體的量子通信連線和網(wǎng)絡還有很多工作要做，但是前景可期。