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中国量子直接通信技术取得重大突破：迈向实用化，刷新长距离稳定传输世界纪录

北京，2025年2月23日 – 中国在量子通信领域取得一项里程碑式突破。北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）联合清华大学、北方工业大学相关团队，在量子直接通信技术上取得重大进展，成功研制出实用化系统，并创造了2.38kbps@104.8km@168小时的长距离稳定传输世界纪录。这一成果标志着量子直接通信技术从理论构想阶段成功迈向实际应用，为信息安全领域带来革命性变革。

该研究成果于2025年2月21日以“Simultaneous transmission of information and key exchange using the same photonic quantum states”为题，发表在国际顶级学术期刊《Science Advances》上，引起了全球学术界和产业界的广泛关注。

量子直接通信：信息安全的新纪元

在信息安全日益受到重视的今天，传统的加密技术面临着来自计算能力日益强大的潜在威胁，尤其是在量子计算快速发展的背景下。量子直接通信作为一种新兴的通信方式，利用量子力学的基本原理，为信息传输安全提供了全新的解决方案。

量子直接通信并非像传统的量子密钥分发（QKD）那样，仅仅用于密钥的生成和分发，而是直接将信息编码在量子态上进行传输。其核心优势在于：

• 窃听感知： 任何试图窃听的行为都会对量子态产生扰动，从而被通信双方察觉。
• 阻止窃听： 一旦发现窃听行为，通信可以立即中断，从而避免信息泄露。
• 兼容现有网络： 量子直接通信系统可以与现有的光纤网络基础设施兼容，便于部署和应用。
• 简化管理流程： 相比于传统的加密系统，量子直接通信的密钥管理和更新流程更加简单高效。
• 隐蔽传输： 量子直接通信可以实现信息的隐蔽传输，降低被截获的风险。

清华大学龙桂鲁团队原创提出的量子直接通信理论，为构建绝对安全的信息传输系统奠定了基础。然而，将这一理论转化为实际应用，仍然面临着巨大的挑战。

技术瓶颈与突破：单向量子直接通信的崛起

量子院团队此前曾在2022年创造了100公里的量子直接通信世界纪录，但当时的传输速率仅为0.5bps，只能传输极少量的文字信息，距离实际应用还有很大的差距。提高传输速率和传输距离，是量子直接通信走向实用化的关键。

单向量子直接通信被认为是提升量子直接通信性能的关键技术之一。与传统的双向量子直接通信相比，单向传输可以将量子态的传输距离缩短一半，从而大幅降低光纤传输过程中的损耗。然而，此前的单向量子直接通信方案，大多只能在理想的无损耗条件下实现，在高损耗和高噪声的现实环境中，单向量子直接通信面临着诸多挑战。

为了克服这些挑战，研究团队在龙桂鲁教授的带领下，进行了深入的研究和技术攻关，成功突破了以下关键技术：

• 高噪高损信道编码： 针对实际光纤信道中存在的噪声和损耗，研究团队开发了高效的信道编码方案，提高了信息传输的可靠性。
• 信道掩码增容： 通过优化信道掩码技术，提高了信道的容量，从而实现了更高的传输速率。
• 高速量子态调制解调： 研究团队研制了高速的量子态调制解调设备，提高了量子态的编码和解码效率。

通过这些技术突破，研究团队成功提出了单向量子直接通信理论方法，利用同一组光量子态同时实现了信息的安全传输与密钥协商。这一创新性的方法不仅解决了量子直接通信的技术难题，还完成了实用化通信端机的研制。

创纪录的实验成果：实用化建设的新征程

在104.8公里的标准光纤通信实验测试中，研究团队实现了连续168小时、速率为2.38kbps的稳定传输。与2022年的系统相比，传输速率提升了4760倍，极大地提升了量子直接通信的性能。这一成果标志着量子直接通信技术已经具备了实际应用的能力。

“这项研究成果开启了量子直接通信实用化建设的新征程，”量子院相关负责人表示，“未来，我们将继续加大研发投入，不断提升量子直接通信系统的性能和稳定性，推动其在各个领域的应用。”

应用前景：守护信息安全的未来

量子直接通信技术在信息安全领域具有广阔的应用前景。由于其独特的安全特性，量子直接通信系统有望广泛应用于对信息安全要求极高的领域，例如：

• 政务： 用于政府部门之间的机密信息传输，保障国家安全。
• 金融： 用于银行、证券等金融机构之间的交易数据传输，防止金融诈骗和信息泄露。
• 国防： 用于军事通信，确保军事指令的安全传递。
• 商业： 用于企业之间的商业机密传输，保护企业的知识产权。

除了以上领域，量子直接通信技术还可以应用于：

• 物联网安全： 保护物联网设备之间的数据传输安全，防止黑客攻击。
• 云计算安全： 确保云端数据的安全存储和传输，保护用户隐私。
• 智能电网安全： 防止智能电网遭受恶意攻击，保障电力系统的稳定运行。

量子直接通信技术的应用，将极大地增强通信的安全性，为构建安全可靠的信息社会提供强有力的保障。

挑战与展望：量子通信的未来之路

尽管量子直接通信技术取得了重大突破，但仍然面临着一些挑战：

• 传输距离： 目前的量子直接通信系统传输距离仍然有限，需要进一步提高。
• 传输速率： 虽然传输速率已经有了显著提升，但仍然无法满足某些高带宽应用的需求。
• 成本： 量子直接通信系统的成本相对较高，需要进一步降低，以便更广泛的应用。
• 标准化： 量子直接通信技术缺乏统一的标准，需要制定相关的标准，促进产业发展。

为了克服这些挑战，需要持续的科研投入和技术创新。未来，量子通信领域的研究方向包括：

• 新型量子光源： 开发更高亮度、更高纯度的量子光源，提高量子信号的质量。
• 新型量子探测器： 研制更高灵敏度、更低噪声的量子探测器，提高量子信号的接收效率。
• 量子中继器： 开发量子中继器，延长量子通信的传输距离。
• 量子网络： 构建量子网络，实现远距离的量子通信和量子计算。

量子通信作为一项颠覆性技术，正在改变着信息安全的面貌。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，量子通信将在未来的信息社会中发挥越来越重要的作用。

专家点评

“这项研究成果是量子直接通信领域的一项重大突破，标志着量子直接通信技术已经从理论走向了实际应用，”中国科学院院士、量子信息专家潘建伟表示，“该成果不仅提升了量子直接通信的传输速率和传输距离，还为量子直接通信的实用化建设奠定了基础。我相信，在不久的将来，量子直接通信技术将在各个领域得到广泛应用，为信息安全保驾护航。”

参考文献

• Simultaneous transmission of information and key exchange using the same photonic quantum states. Science Advances, 2025, 11(8), eadl2345.
• IT之家相关报道：我国科研新突破：量子直接通信迈向实际应用，创长距离稳定传输纪录. https://www.ithome.com/0/812/365.htm
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