中國科大首次實現白天分發量子密鑰

本報訊（通訊員曾皓）近日，科學技術大學教授潘建偉團隊首次成功實現了白天遠距離（53千米）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。相關成果近日在線發表於《自然—光子學》。

「墨子號」衛星目前已經成功實現了首次星地量子通信，但由於陽光雜訊的影響，「墨子號」衛星只能在夜晚工作，單顆該類低軌道衛星至少需要3天才能完成全球範圍內地面站點的覆蓋。為了提高通信覆蓋率，以提高衛星量子通信實用化水平，需要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。

為抑制白天陽光背景雜訊，潘建偉團隊從3個方面發展關鍵技術：陽光背景雜訊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1550納米成分較低，大氣散射對該波段散射也較小，利用這個特點採用1550納米波段光子開展實驗，優化光學系統，將雜訊降低超過一個數量級；發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，實現了光譜維度的窄帶濾波，降低雜訊約兩個數量級；發展自由空間光束單模光纖耦合技術，實現了高效耦合和空間維度的窄視場濾波，降低雜訊約兩個數量級。綜合這3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實驗，在全鏈路衰減48dB（大於星地、星間鏈路衰減）情況下，誤碼率~1.65%，安全密鑰成碼率達到~150 bps。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。