量子通信是未來保密通信的“終極武器”，可要讓這個武器真正發(fā)揮作用，必須克服陽光噪聲的影響，實現(xiàn)能在白天通信。7月25日，記者從中科大獲悉，一直受到世界科學界關注的量子衛(wèi)星有了最新的成果進展——近日，由中科大潘建偉教授及其同事彭承志、張強等組成的研究小組，在國際上首次成功實現(xiàn)了白天遠距離(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建基于量子星座的星地、星間量子通信網絡的可行性。也就是說，目前“墨子號”可以實現(xiàn)在白天傳輸，為下一步構建量子星座打下了堅實的技術基礎。

 

　　“墨子號”是由我國自主研制的世界上第一顆空間量子科學實驗衛(wèi)星，2016年8月16日發(fā)射升空，受到國內外高度關注。其三大科學任務分別是：高速星地量子密鑰分發(fā);星地量子糾纏分發(fā)，實現(xiàn)大尺度量子非定域性檢驗;地星量子隱形傳態(tài)，“墨子號”目前已經在國際上成功實現(xiàn)了首次星地量子通信。

 

　　“然而，目前量子通信的一個主要的挑戰(zhàn)是，如何在白天有大量光量子的情況下分辨并接收到量子衛(wèi)星的信號，以實現(xiàn)量子通信。”在之前接受記者采訪時，潘建偉教授說，由于陽光噪聲的影響，“墨子號”衛(wèi)星只能在夜晚工作，單顆該類低軌道衛(wèi)星至少需要三天才能完成全球范圍內地面站點的覆蓋。

 

　　技術突破：建立覆蓋全球的實時量子通信網絡

 

　　如何才能讓“墨子號”實現(xiàn)白天傳輸?研發(fā)團隊進行了科研攻關，為了提高通信覆蓋率，以提高衛(wèi)星量子通信實用化水平，一種可行的解決途徑是構建由多顆低軌道衛(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絡。

 

　　記者了解到，為抑制白天陽光背景噪聲，潘建偉團隊從三個方面發(fā)展關鍵技術：陽光背景噪聲主要包括太陽光直射部分和經大氣分子散射部分組成，太陽光譜中1550nm成分較低，大氣散射對該波段散射也較小，利用這個特點采用1550nm波段光子開展實驗，優(yōu)化光學系統(tǒng)，將噪聲降低超過一個數量級;發(fā)展頻率上轉換單光子探測技術，在保持單光子高效探測的同時，實現(xiàn)了光譜維度的窄帶濾波，降低噪聲約兩個數量級;發(fā)展自由空間光束單模光纖耦合技術，實現(xiàn)了高效耦合和空間維度的窄視場濾波，降低噪聲約兩個數量級。綜合這三項技術，研究小組在青海湖相距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，在全鏈路衰減48dB(大于星地、星間鏈路衰減)情況下，誤碼率~1.65%，安全密鑰成碼率達到~150bps。

 

　　實驗結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，為下一步構建量子星座打下了堅實的技術基礎。目前，該項相關成果以長文形式在線發(fā)表在國際權威學術期刊《自然光子學》上《NaturePhotonics》。

責任編輯：　一米陽光