科学家为潜艇探索水下量子链路

科学家们已经证明，水下量子链接可能跨越30米(100英尺)的湍流水域。这些发现可能有助于未来潜艇的量子通信安全。

量子密码利用光子等粒子的量子特性，以理论上不可破解的方式帮助加密和解密消息。目前，全世界的科学家都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。

除了发射量子通信信号穿过空气，通过真空，并在光纤电缆在美国，研究人员已经开始研究建立量子通信链路通过水．这项工作可能会导致潜艇和水面舰艇之间的安全量子通信其他潜艇，飞机，甚至卫星．

虽然水会吸收很多无线电波，但它对波长在400到500纳米之间的光是透明的，大致相当于绿色、蓝色和紫色的光。

先前的研究表明，在清澈的条件下，在波长为418纳米的光下，通过水的量子链的最大长度为300米。之前的研究也成功地建立了量子通信55米的避风水，例如在海湾和海湾中发现的．然而，在此之前，科学家们只报道过量子通信5.5米高的湍流．

在这项新研究中，研究人员在一个“水槽”中试验了量子通信，科学家可以在这个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——一种只涉及光的偏振，另一种结合偏振和信号的轨道角动量——来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米的湍流水中实现了高达每秒72千比特的量子通信，这是迄今为止报道的最远距离。尽管湍流确实会导致光信号的严重漂移和失真，但这些错误率并没有阻止量子链路通过这两种通信协议成功建立。

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，他们也可以保持量子通信。该研究的主要作者、量子物理学家菲利克斯·赫夫纳格尔(Felix Hufnagel)说:“我们曾预计，如果没有光束跟踪技术，这是不可能的。渥太华大学在加拿大。

在科学家分析了他们的数据后，他们认为，在湍流水中，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。

在未来，研究人员的目标是试验更快的电子设备和波束跟踪工具，“这将使我们能够在实际漂浮和在水中移动的双方或多方之间进行通信，”胡夫纳格尔说。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“提出一系列全新的挑战，需要在发送方和接收方进行动态波束校正，”他补充道。

科学家们详细描述了他们的发现在4月9日发布在网上的一篇预印本文章中。