空气-水跨媒体量子信道

跨水气安全传密钥

用连续变量量子密钥分发方案实现跨空水界面的安全通信，解决了跨介质信道衰减导致的量子通信中断问题。

Sijie, Yun · 吴昊 · Sian, Ren · Xinzhao, Ruan · 张航 · 郭迎

Journal of the Optical Society of America B: Optical Physics 2023

参数信息

有效密钥率

10−4 bits/pulse

天顶角

15 ◦

风速

5 m/s

技术优势

跨介质链路能通信

该工作证明了从大气到水下的连续变量量子密钥分发可以建立，无需中继或波长转换。

量化界面动态影响

蒙特卡罗仿真给出了气泡和动态水面对光消光与涨落的具体影响，可用于信道预算设计。

低风小天顶更佳

结果显示，在风速5 m/s、天顶角15°的清澈海水中，接收端即使位于9.71 m深处仍能获得10⁻⁴ bits/pulse的密钥率，且更小的天顶角和更低的风速可进一步提升界面密钥率。

应用场景

• 水下安全通信：为潜艇、水下传感器等提供物理层安全密钥分发，抵抗窃听。
• 跨介质通信：实现空-水链路直接量子通信，省去中继或协议转换。
• 水下光通信：将连续变量量子密钥分发扩展到水下光信道，增强既有光通信的安全。