Kvanthemlig kommunikation realiserar säker informationsöverföring baserad på kvantprinciper. För närvarande, de mest utvecklade kvanthemliga kommunikationssystemen är baserade på kvantnyckeldistribution. I dessa system, kvantfunktionen är begränsad till att realisera hemlig nyckelgenerering och överföring, medan informationsöverföringen fortfarande beror på klassisk kommunikationsteknik.

Sådana system är nu mogna nog för kommersiella tillämpningar. Å andra sidan, forskare inom området kvantkommunikation ägnar fortfarande sina ansträngningar åt att utforska nya kommunikationssystem baserade på kvantinformationsteorier och -teknologier, som ligger bortom kvantnyckelfördelning.

Ett representativt ämne är kvantsäker direktkommunikation (QSDC). Det första QSDC-protokollet är baserat på kvantintrassling föreslogs 2000 av prof. Long vid Tsinghua University, Kina. Det har undersökts djupt teoretiskt, men det har inte skett något genombrott i experiment för detta protokoll. Anledningen är att det kräver många komplicerade kvantfunktioner, såsom generering av intrasslad Bell-tillstånd, Klocktillståndsmätning och kvantminnen för fotoner, som är svåra att inse.

Nyligen, Prof. Zhangs grupp vid Tsinghua University realiserade det första förtrasslingsbaserade QSDC-experimentet baserat på fiberoptikteknik, där två optiska fibrer på 500 meter används som kvantkanaler. För det första, enligt kravet på entanglement-baserad QSDC, de föreslog och utvecklade en ny fiberbaserad kvantljuskälla för polarisation intrasslad Bell-tillståndsgenerering vid telekombandet.

Nyckelfrågan för denna kvantljuskälla är hur man delar de två fotonerna i ett par, som både är polariserande och frekvensdegenererade. Forskarna introducerar vektorspontan, fyra-vågs blandningseffekter i en fiber Sagnac-slinga dubbelriktad, dela de två fotonerna i ett par genom tvåfotoninterferenseffekten vid utgångsportarna på fiber Sagnac-slingan. Denna kvantljuskälla banar väg för att realisera den intrasslingsbaserade QSDC över optiska fibrer. Sedan, forskarna etablerade det experimentella systemet för intrasslingsbaserad QSDC-baserat på fiberoptikteknik, att realisera det polarisationsintrasslade Bell-tillståndsmätsystemet av fiberkomponenter och använda dispersionsförskjutna fibrer som kvantminnen för fotoner. I detta system, de demonstrerade två avgörande funktioner hos entanglement-baserad QSDC framgångsrikt, Säkerhetstestning genom mätning av polarisationsintrassling och kodnings-/avkodningsprocesser baserade på manipulering och mätning av de polarisationsentanglade Bell-tillstånden. Experimentella resultat visade att den intrasslingsbaserade QSDC kunde realiseras över fiberlänkar.

Detta arbete är det första entanglement-baserade QSDC-experimentet med fullständiga funktioner, använder optiska fibrer på 500 meter som kvantkanaler och realiserar alla funktioner baserade på fiberoptikteknik, inklusive polarisation intrasslad Bell state generering och mätning, och kvantminnena. Det visar att QSDC kan realiseras med hyllteknik för optisk kommunikation, som är att föredra för sina framtida tillämpningar i optiska fibernät.