进一步地，研究人员将单光子谱划分为多个独立波长通道，并结合波分复用结构实现多通道声学调制的光信息分发。实验结果表明，不同波长通道能够选择性恢复对应声学调制信息，实现单光子层面的多信道信息路由与分发。同时，团队成功完成了声学信息在10公里与50公里光纤中的稳定传输，验证了该体系与现有光纤通信基础设施之间的兼容性。这意味着未来海洋中的声学信息有望直接接入现有城市级乃至洲际量子光网络，实现水下环境与地面量子通信系统之间的互联互通。
除信息传输外，研究团队还重点探索了量子关联在复杂噪声环境中的信息提取能力。实验中，研究人员主动向光纤传输系统引入经典噪声光源，使真实声学信息完全淹没于噪声背景之中。如果仅通过普通单光子计数进行探测，系统只能读取到随机噪声甚至错误信息；而通过参考光子与信号光子之间的符合计数，则能够从强噪声背景中重新恢复真实声学编码信息，实现基于量子关联的通信与信息加密（见图2）。研究结果表明，量子关联能够显著增强系统对真实信号的识别能力，而缺乏关联的背景噪声则会在符合探测过程中被有效抑制。研究团队还进一步演示了“虚假信息”注入机制，即通过经典光源主动发送诱骗信息，对潜在窃听者形成误导，而真实信息仅能够通过量子符合探测被正确解码。这种“隐藏于噪声中的真实通信”机制，为未来高安全等级水下通信网络与抗窃听光量子链路提供了新的实现方案。
在测量方面，研究团队结合TCSPC技术，实现了基于单光子时间标签的高精度相位测量与亚声波长级距离感知。实验中，系统通过同步调控纠缠光子参考路径与声学激励源，建立统一时间基准，并利用单光子符合计数恢复声波传播过程中的相位变化信息，从而实现对声源位置的高精度反演。实验结果显示，在约125毫米声波波长条件下，系统实现了约0.5毫米的距离分辨率，对应优于声波波长1/250的测距精度（见图3）。这表明，量子关联单光子体系不仅能够承担信息传输功能，还能够同时实现环境感知与高精度定位，展现出通信感知一体化的重要潜力。
图3 基于TCSPC技术的亚波长级距离测量。（A）量子声学测距实验系统示意图。（B）距离测量统计分布，实现约0.5毫米的距离分辨率，对应优于声波波长1/250的测距精度。
该工作的重要意义在于，首次将“量子增强的光声通信”“噪声加密”“高精度测距”以及“水下声学感知”等多个功能集成于统一平台之中。传统通信系统往往需要分别依赖声学模块、测距模块、加密模块以及光通信模块完成不同任务，而该工作则展示了量子关联光场在未来融合网络中的多功能特性。特别是在未来6G、海洋互联网以及量子互联网的发展背景下，跨媒介、跨环境的信息融合与协同感知能力将成为下一代通信网络的重要发展方向。本研究为未来海洋量子通信、量子传感以及空天地海融合网络的发展提供了新的技术方案。
该工作由南京大学物理学院的盛冲/刘辉/祝世宁课题组与合作单位共同完成。南京大学为论文第一完成单位和通讯单位。南京大学物理学院硕士研究生喻晓、周佳璇为论文共同第一作者；南京大学盛冲副教授、刘辉教授以及南京师范大学陆亮亮副教授为论文共同通讯作者。祝世宁教授对该工作进行了全程指导。此工作得到国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金，中央高校基本科研业务费的资助，同时得到南京大学固体微结构物理全国重点实验室、物理学院、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省量子信息科学与技术重点实验室等支持。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6963
