中国科学报讯（记者黄辛）上海交通大学金贤敏课题组实现了首个海水量子通信实验，观察到了光子极化量子态和量子纠缠可以在高损耗和高散射的海水中保持量子特性，在国际上首次实验验证了水下量子通信的可行性，这标志着向未来建立水下以及空海一体量子通信网络迈出了重要一步。相关研究成果日前发表于《光学快报》。
基于光纤和自由空间大气信道的量子通信已经被证明是可行的，近年来得到了长足的发展。然而覆盖了地球70%的海洋是否可以被用作量子信道仍然未知。相比于光纤和大气，海水的悬浮物和盐度等对光子导致的散射和损耗效应要大得多，量子态能否在海水信道中存活，什么样的量子态适合在海水中传输而不发生退相干等问题也都不清楚。
其实，海水也有个光子传输时损耗较低的蓝绿窗口，并且这个波段仍是商用单光子探测器可以探测的。同时，考虑到海水的各向同性，研究人员在各种光子自由度中，选择了光子的极化作为信息编码的载体。通过模拟，研究人员还展示了在非常大的损耗和散射情况下，极化编码的光子只会丢失，而不会发生不可接受的量子比特翻转。也就是说，即使经历了海水巨大的信道损耗，只要有少量的单光子存活下来，仍然可以被用于建立安全密钥。
金贤敏表示，目前的结果显示水下量子通信可达到距离是几百米量级，虽然相比于光纤和大气信道较短，但能对水下百米量级的潜艇和传感网络节点等进行保密通信，在军事和高商业机密领域很有用处。
