近日，清華大學團隊首次實作通信距離達到100公裡的量子直接通信新系統，這是目前世界上最長的量子直接通信距離，有助于實作無中繼條件下城際量子直接通信。
清華大學實體系龍桂魯教授于2000年提出量子直接通信的首個協定。量子直接通信以量子态作載體來編碼和傳輸資訊，是量子保密通信的新範式。量子直接通信将噪聲信道下的可靠通信發展為噪聲和竊聽信道下的可靠和安全通信。
2016年，清華大學和山西大學聯合團隊完成了量子直接通信的第一個實驗示範。三年後，龍桂魯教授團隊和清華大學電子系陸建華教授團隊合作，成功研制了國際上第一個量子直接通信系統，實作了1.5公裡光纖距離下50bps（比特/秒）的安全通信速率。他們還曾在中關村論壇（中國面向全球科技創新交流合作的國家級平台）釋出世界首款實用化量子直接通信樣機，實作了10公裡光纖中4kbps（千比特每秒）的傳輸速率，并将通信距離進一步提升到18公裡。
此次，龍桂魯與陸建華教授團隊設計和實作了一種相位量子态與時間戳量子态混合編碼的量子直接通信新系統，量子直接通信距離首次達到100公裡，可以在無中繼條件下實作城市之間的點對點量子直接通信，同時可以支撐基于安全經典中繼建立的廣域量子網絡的一些應用。相關成果發表在《Light-Science&Applications》期刊。
實驗裝置，圖檔來自論文
在以往的系統中，抽樣檢測和資訊傳輸均采用相位量子态。此次，清華團隊研發的新系統采用相位量子态和時間戳量子态的混合編碼。時間戳量子态可用于抽樣檢測，大大降低噪聲影響，通信依然采用具有自補償性能的相位量子态。是以，新系統具有高度的穩定性和極低的本征誤碼率（即沒有竊聽時的誤碼率），結合具有更強糾錯能力的極低碼率LDBCH編碼，有效提高了安全通信容量、距離和速率。
此外，新系統在50MHz（赫茲）雷射脈沖頻率下将最大可容忍損耗從5.1dB（分貝）提升到18.4dB，在商用低損耗單模光纖中的最遠通信距離達到100公裡，突破了之前18公裡的最長距離。其通信速率也得到了提升，在30公裡光纖距離下通信速率達到22.4kbps。同時，該系統在雷射脈沖頻率上還有提升空間，相應的通信距離、速率将有望進一步提升，滿足部分場景的應用需求。
清華大學張浩然（導師王崇愚院士）、孫臻（導師陸建華院士）為論文共同第一作者。實體系龍桂魯教授和資訊國家研究中心殷柳國研究員為共同通信作者。