中國太空量子通信：實現(xiàn)白天遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)

新華社合肥7月25日電(記者 徐海濤) 近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及同事彭承志、張強(qiáng)等組成的研究小組，在國際上首次成功實現(xiàn)了白天遠(yuǎn)距離(53km)自由空間量子密鑰分發(fā)，通過地基實驗在信道損耗和噪聲水平方面有效驗證了未來構(gòu)建基于量子星座的星地、星間量子通信網(wǎng)絡(luò)的可行性。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》日前發(fā)表了該成果。

基于衛(wèi)星平臺的量子通信是構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)最為可行的手段，世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”目前已經(jīng)在國際上成功實現(xiàn)了首次星地量子通信，為未來開展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實驗研究奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。但由于陽光噪聲的影響，“墨子號”衛(wèi)星只能在夜晚工作，至少需三天才能完成全球范圍內(nèi)地面站點的覆蓋。

為提高衛(wèi)星量子通信實用化水平，可行的途徑是構(gòu)建由多顆低軌道衛(wèi)星或高軌道衛(wèi)星組成的量子星座，建立覆蓋全球的實時量子通信網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建量子星座需突破兩個技術(shù)難題：一是通信距離增加會導(dǎo)致鏈路損耗增大，二是衛(wèi)星軌道升高會顯著增大被太陽光照射的概率。

為抑制白天陽光背景噪聲，潘建偉團(tuán)隊近期從三方面發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，他們采用1550nm波段光子開展實驗，優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)，將噪聲降低超過一個數(shù)量級，并發(fā)展頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測技術(shù)、自由空間光束單模光纖耦合技術(shù)，降低噪聲約四個數(shù)量級。研究小組在相距53公里的兩點間完成了白天陽光背景下的量子密鑰分發(fā)實驗，實驗結(jié)果驗證了太陽光背景下開展星地、星間量子密鑰分發(fā)的可行性，為下一步構(gòu)建量子星座打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

《自然·光子學(xué)》審稿人評價該成果“應(yīng)對了白天自由空間量子密鑰分發(fā)的一個重要挑戰(zhàn)”，稱贊這是一項“卓越的成就”。