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(shí)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(shí)驗(yàn)在信道損耗和噪聲水平方面有效驗(yàn)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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”目前已經(jīng)在國際上成功實(shí)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的覆蓋。
為提高衛(wèi)星量子通信實(shí)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(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)，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(diǎn)間完成了白天陽光背景下的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(jiān)實(shí)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(xiàng)“卓越的成就”。
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