近期，中國科學技術大學潘建偉教授及同事彭承志、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。國際權威學術期刊《自然·光子學》日前發(fā)表了該成果。
基于衛(wèi)星平臺的量子通信是構建全球量子通信網絡最為可行的手段，世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”目前已經在國際上成功實現了首次星地量子通信，為未來開展大尺度量子網絡和量子通信實驗研究奠定了技術基礎。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。構建量子星座需突破兩個技術難題：一是通信距離增加會導致鏈路損耗增大，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，潘建偉團隊近期從三方面發(fā)展關鍵技術，他們采用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，并發(fā)展頻率上轉換單光子探測技術、自由空間光束單模光纖耦合技術，降低噪聲約四個數量級。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。
《自然·光子學》審稿人評價該成果“應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”。
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