Quantum geheime communicatie realiseert veilige informatieoverdracht op basis van kwantumprincipes. Momenteel, de meest ontwikkelde kwantumgeheime communicatieschema's zijn gebaseerd op de distributie van kwantumsleutels. In deze regelingen de kwantumfunctie is beperkt om het genereren en verzenden van geheime sleutels te realiseren, terwijl de informatieoverdracht nog steeds afhankelijk is van klassieke communicatietechnologieën.

Dergelijke schema's zijn nu volwassen genoeg voor commerciële toepassingen. Anderzijds, onderzoekers op het gebied van kwantumcommunicatie besteden nog steeds hun inspanningen aan het verkennen van nieuwe communicatieschema's op basis van kwantuminformatietheorieën en -technologieën, die verder gaan dan de distributie van kwantumsleutels.

Een representatief onderwerp is Quantum Secure Direct Communication (QSDC). Het eerste QSDC-protocol is gebaseerd op kwantumverstrengeling en werd in 2000 voorgesteld door Prof. Long van de Tsinghua University, China. Het is theoretisch grondig onderzocht, maar er is geen doorbraak geweest in experimenten voor dit protocol. De reden is dat het veel gecompliceerde kwantumfuncties vereist, zoals het genereren van verstrengelde Bell-toestanden, Meting van de kloktoestand en kwantumgeheugens voor fotonen, die moeilijk te realiseren zijn.

Onlangs, De groep van prof. Zhang aan de Tsinghua University realiseerde het eerste op verstrengeling gebaseerde QSDC-experiment op basis van glasvezeltechnologieën, waarin twee optische vezels van 500 meter worden gebruikt als kwantumkanalen. Ten eerste, volgens de eis van op verstrengeling gebaseerde QSDC, ze hebben een nieuwe op vezels gebaseerde kwantumlichtbron voorgesteld en ontwikkeld voor het genereren van polarisatieverstrengelde Bell-toestand op de telecomband.

De kernvraag van deze kwantumlichtbron is hoe de twee fotonen in een paar te splitsen, die zowel polarisatieverstrengeld zijn als frequentie degenereren. De onderzoekers introduceren vector-spontane, vier-golf mengeffecten in een vezel Sagnac loop bi-directioneel, het splitsen van de twee fotonen in een paar door het twee-fotoninterferentie-effect bij de uitgangspoorten van de vezel Sagnac-lus. Deze kwantumlichtbron maakt de weg vrij om de op verstrengeling gebaseerde QSDC over optische vezels te realiseren. Vervolgens, de onderzoekers hebben het experimentele systeem opgezet voor op verstrengeling gebaseerde QSDC op basis van glasvezeltechnologieën, het realiseren van het door polarisatie verstrengelde Bell-toestandsmeetsysteem door vezelcomponenten en het gebruik van dispersieverschoven vezels als de kwantumgeheugens voor fotonen. In dit systeem, ze hebben met succes twee cruciale functies van op verstrengeling gebaseerde QSDC aangetoond, veiligheidstests door het meten van polarisatieverstrengeling en coderings-/decoderingsprocessen op basis van de manipulatie en meting van de polarisatieverstrengelde Bell-toestanden. Experimentele resultaten toonden aan dat de op verstrengeling gebaseerde QSDC kon worden gerealiseerd via glasvezelverbindingen.

Dit werk is het eerste op verstrengeling gebaseerde QSDC-experiment met volledige functies, het gebruik van optische vezels van 500 meter als de kwantumkanalen en het realiseren van alle functies op basis van technologieën van glasvezel, inclusief polarisatie verstrikt Bell state generatie en meting, en de kwantumherinneringen. Het laat zien dat QSDC kan worden gerealiseerd door op de plank aanwezige technologieën voor optische communicatie, die de voorkeur heeft voor toekomstige toepassingen in glasvezelnetwerken.