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就在本月，中国科学家团队首次利用“墨子”量子科学实验卫星实现了量子密钥从卫星到地面的分发，完成了量子通信领域从理论到实践的飞跃。最近，中国科学家再次领导了国际量子通信研究。上海交通大学金贤敏研究小组完成了世界上第一个海水量子通信实验，观察到光子极化量子态和量子纠缠能够在高损耗、高散射的海水中保持量子特性。这是世界上第一次通过实验验证水下量子通信的可行性。这意味着量子通信网络真的可以“去天堂，去海洋，进入地球”，而sea 空集成的量子通信网络也有望在未来实现。研究结果发表在光学领域著名的国际期刊《光学快报》上，并被选为编辑精选。
海洋能用作量子通道吗？
基于光纤和自由空大气信道的量子通信已经被证明是可行的。量子通信实现了“天地”。然而，覆盖地球70%的海洋仍然是新一代信息技术尚未“开放”的领域。海洋能用作量子通道吗？与光纤和大气相比，海水中悬浮物质和盐度对光子的散射和损耗影响要大得多，而这些海洋中的“雾”神秘而复杂，这也让许多科学家望而却步。上海交通大学物理与天文系的特别研究员金先民发现，400-500纳米波段的蓝绿色光可以穿过海水，而损失相对较小。这种“蓝绿色窗口”和海水的各向同性使得水下量子通信理论变得可行。自2014年起，该研究小组开始研究海水量子通信，希望为建立完整的全球量子通信网络创造可能性。
信息编码的载体:光子的偏振
金贤敏说，研究小组选择了光子的偏振作为信息编码的载体。通过实验，已经发现在非常大的损耗和散射下，偏振编码的光子只会丢失，而不是以前研究认为的量子位翻转。“也就是说，即使在海水大量流失之后，只要少量的单光子存活下来，它们仍然可以用来建立安全密钥。”他说。国际科学杂志《新闻科学家》立即报道了这项工作，主题是“第一次水下量子纠缠将导致一种无法解读的通信技术”。加拿大量子卫星项目的负责人托马斯·詹尼温指出，尽管水下量子通信的想法已经被讨论过，但是还没有人见过这样的实验。同一天，网络(TNW)报道了“科学家开发基于海水传输的不清晰通信技术”的主题。FQXI认为这项工作是继墨子量子卫星之后中国量子通信领域的又一个里程碑。此后，德国国际合作署、美国周刊和RealClearScience也进行了跟踪报道。
Sea 空集成的量子通信展望
目前，该小组正在进行100米量级的实验。虽然它比光纤和大气信道短，但它打破了水中的禁区，对水下100米量级的潜艇和传感器网络节点的保密通信具有可预见的影响。它可以在军事和高商业机密领域显示其才能。研究小组表示，考虑到海水不同盐度的影响，具体的编码、操作、检测等环节仍需逐步回收，在实现实际的水下、0+海集成量子通信连接和网络之前还有很多工作要做，但研究人员仍有信心进一步突破海水壁垒。“海水的蓝绿色窗口与大气窗口在某一波段重叠，这意味着sea 空集成的量子通信有着广阔的前景。”金贤敏说。
