中國太空量子通信：首次實現白天遠距離量子密鑰分發

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，通過地基實驗在通道損耗和雜訊水平方面有效驗證了未來構建基於量子星座的星地、星間量子通信網路的可行性。國際權威學術期刊《自然·光子學》日前發表了該成果。

基於衛星平台的量子通信是構建全球量子通信網路最為可行的手段，世界首顆量子科學實驗衛星「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路和量子通信實驗研究奠定了技術基礎。但由於陽光雜訊的影響，「墨子號」衛星只能在夜晚工作，至少需三天才能完成全球範圍內地面站點的覆蓋。

為提高衛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星或高軌道衛星組成的量子星座，建立覆蓋全球的實時量子通信網路。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雜訊，潘建偉團隊近期從三方面發展關鍵技術，他們採用1550nm波段光子開展實驗，優化光學系統，將雜訊降低超過一個數量級，並發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，降低雜訊約四個數量級。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的一個重要挑戰」， 稱讚這是一項「卓越的成就」。