中國(guó)太空量子通信技術(shù)獲突破：首次實(shí)現(xiàn)白天遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)

近期，中國(guó)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(guó)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(guò)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(lái)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(guó)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(tái)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(hào)”目前已經(jīng)在國(guó)際上成功實(shí)現(xiàn)了首次星地量子通信，為未來(lái)開(kāi)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(yáng)光噪聲的影響，“墨子號(hào)”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(shí)量子通信網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建量子星座需突破兩個(gè)技術(shù)難題：一是通信距離增加會(huì)導(dǎo)致鏈路損耗增大，二是衛(wèi)星軌道升高會(huì)顯著增大被太陽(yáng)光照射的概率。

為抑制白天陽(yáng)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(kāi)展實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)，將噪聲降低超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)，并發(fā)展頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)。研究小組在相距53公里的兩點(diǎn)間完成了白天陽(yáng)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(yáng)光背景下開(kāi)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(píng)價(jià)該成果“應(yīng)對(duì)了白天自由空間量子密鑰分發(fā)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)”， 稱贊這是一項(xiàng)“卓越的成就”。（新華社合肥電 記者徐海濤）