水下的量子通信，可能吗？

科学家们表示，水下量子连接可能跨越30米(100英尺)的湍流水域中。这些发现有助于有朝一日应用于潜艇上的量子通信安全。

量子密码学利用光子等粒子的量子特性，以一种理论上不可破解的方式对信息进行加密和解密。世界各地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、真空中、光缆中传输量子通信信号外，研究人员还研究了在水中建立量子通信链路。这样的工作可能会导致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量子通信安全。

虽然水吸收了许多无线电波，但它对400到500纳米的光学波长是透明的，大致相当于绿色、蓝色和紫色的光。

之前的研究表明，在清晰的条件下，通过水的量子链最大长度为300米，光波长为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讯，例如在海湾中。，到目前为止，科学家们只报道了在5.5米的湍流水中的量子通讯。

在这项新的研究中，研究人员在“水槽”中试验了量子通信，科学家可以在水槽中产生海浪来模拟海洋。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，另一种结合信号的偏振和轨道角动量——来分析量子通信协议在最大距离和数据传输速率上可能存在的差异。

研究人员在长达30米的湍急的水中以每秒72千比特的速度实现了量子通讯，这是迄今为止报道的此类连接最长的距离。虽然湍流确实导致了光信号的明显的漂移和失真，但这些误码率并没有阻止量子链路的成功建立。

出乎意料的是，研究人员发现，即使在发射器沿着水槽向下移动的时候，他们也能保持量子通信。加拿大渥太华大学的量子物理学家Felix Hufnagel是这项研究的主要作者之一，他介绍:“我们原本以为如果没有光束跟踪技术，这是不可能实现的。”

在科学家分析了他们的数据之后，他们提出在湍流的水中，安全量子通信的最大距离实际上可能是80米，尽管这取决于探测器的效率等因素。改善这些因素可能会显著增加最大的通讯距离。

在未来，研究人员打算试验更快的电子设备和波束跟踪工具，Hufnagel“这将使我们能够在两方或多方之间进行通信，而这两方或多方实际上是在水中漂浮和移动的。他们还想在空气和波涛汹涌的水面上试验量子链路，这将“带来一系列全新的挑战，需要在发送端和接收端进行动态波束校正。”