未來在水下的量子通信有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)嗎

（文章來源：EEWORLD）

科學(xué)家為潛艇探索水下量子連接，新的試驗(yàn)表明，它可以在更遠(yuǎn)的湍流水域中建立更可靠的連接。

科學(xué)家們表示，水下量子連接可能跨越30米(100英尺)的湍流水域中。這些發(fā)現(xiàn)有助于有朝一日應(yīng)用于潛艇上的量子通信安全。量子密碼學(xué)利用光子等粒子的量子特性，以一種理論上不可破解的方式對(duì)信息進(jìn)行加密和解密。世界各地的科學(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、真空中、光纜中傳輸量子通信信號(hào)外，研究人員還研究了在水中建立量子通信鏈路。這樣的工作可能會(huì)導(dǎo)致潛艇和水面艦艇之間，以及與其他潛艇、飛機(jī)甚至衛(wèi)星之間的量子通信安全。雖然水吸收了許多無線電波，但它對(duì)400到500納米的光學(xué)波長(zhǎng)是透明的，大致相當(dāng)于綠色、藍(lán)色和紫色的光。

之前的研究表明，在清晰的條件下，通過水的量子鏈最大長(zhǎng)度為300米，光波長(zhǎng)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訊，例如在海灣中。然而，到目前為止，科學(xué)家們只報(bào)道了在5.5米的湍流水中的量子通訊。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員在“水槽”中試驗(yàn)了量子通信，科學(xué)家可以在水槽中產(chǎn)生海浪來模擬海洋。他們還嘗試了兩種不同的量子通信策略——一種只涉及光的偏振，另一種結(jié)合信號(hào)的偏振和軌道角動(dòng)量——來分析量子通信協(xié)議在最大距離和數(shù)據(jù)傳輸速率上可能存在的差異。

研究人員在長(zhǎng)達(dá)30米的湍急的水中以每秒72千比特的速度實(shí)現(xiàn)了量子通訊，這是迄今為止報(bào)道的此類連接最長(zhǎng)的距離。雖然湍流確實(shí)導(dǎo)致了光信號(hào)的明顯的漂移和失真，但這些誤碼率并沒有阻止量子鏈路的成功建立。

出乎意料的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在發(fā)射器沿著水槽向下移動(dòng)的時(shí)候，他們也能保持量子通信。加拿大渥太華大學(xué)的量子物理學(xué)家Felix Hufnagel是這項(xiàng)研究的主要作者之一，他介紹:“我們?cè)疽詾槿绻麤]有光束跟蹤技術(shù)，這是不可能實(shí)現(xiàn)的?！?/p>

在科學(xué)家分析了他們的數(shù)據(jù)之后，他們提出在湍流的水中，安全量子通信的最大距離實(shí)際上可能是80米，盡管這取決于探測(cè)器的效率等因素。改善這些因素可能會(huì)顯著增加最大的通訊距離。

在未來，研究人員打算試驗(yàn)更快的電子設(shè)備和波束跟蹤工具，Hufnagel：“這將使我們能夠在兩方或多方之間進(jìn)行通信，而這兩方或多方實(shí)際上是在水中漂浮和移動(dòng)的。他們還想在空氣和波濤洶涌的水面上試驗(yàn)量子鏈路，這將“帶來一系列全新的挑戰(zhàn)，需要在發(fā)送端和接收端進(jìn)行動(dòng)態(tài)波束校正?！?/p>

（責(zé)任編輯：fqj）