分析量子通信协议在最大距离和数据传输速率方面的差异

研究人员已经证明，在30米（100英尺）的湍流水域中，水下量子链是可能的。这些发现可能有助于有一天确保潜艇的量子通信安全。

量子密码学利用光子等粒子的量子特性，以理论上不可破解的方式对消息进行加密和解密。全世界的科学家正在努力为全球实时量子互联网开发基于卫星的量子通信网络。

除了在空气中、通过真空和光纤电缆中发送量子通信信号外，研究人员还研究了通过水建立量子通信链路的问题。这项工作可能帮助实现潜艇和水面舰艇之间，以及与其他潜艇、飞机甚至卫星之间的安全量子通信。

虽然水能吸收许多无线电波，但它对400到500纳米的光波是透明的，大致相当于绿光、蓝光和紫光。

先前的研究表明，在晴朗的条件下，通过水的量子链的最大长度为300米，波长为418纳米。先前的研究也成功地建立了跨越55米的隐蔽水域的量子通信，比如在海湾中发现的量子通信。然而，到目前为止，科学家们只报道了5.5米湍流水域的量子通信。

在这项新的研究中，研究人员在“水槽”中进行了量子通信实验，科学家可以在水槽中产生波浪来模拟海洋。他们还尝试了两种不同的量子通信策略，一种是光的偏振，另一种是结合信号的偏振和轨道角动量，分析量子通信协议在最大距离和数据传输速率方面的差异。

研究人员在长达30米的湍流水中以每秒72千比特的速度实现了量子通信，这是迄今为止报道的最长距离。尽管湍流确实导致了光信号的显著漂移和失真，但这些错误率并没有阻止量子链路在两种通信协议中的成功建立。

出乎意料的是，研究人员发现，即使发射机沿着水槽向下移动，它们也能保持量子通信的正常进行。”加拿大渥太华大学量子物理学家、主要作者Felix Hufnagel说：“我们曾预计，如果没有光束跟踪技术，这是不可能的。”

在研究人员分析了数据之后，他们认为在湍流的水中，安全量子通信的最大距离实际上可能是80米，尽管这将取决于所用探测器的效率等因素。他们说，改善这些因素可能会显著提高最大通信距离。

Hufnagel说，未来，研究人员的目标是试验更快的电子设备和光束跟踪工具，“这将使我们能够在实际上漂浮在水中并在水中移动的两方或多方之间进行通信。”他补充说，他们还想在空气和波涛汹涌的水中进行量子链路实验，这将“带来一系列全新的挑战，需要在发送方和接收方进行动态光束校正”。
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