——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉團(tuán)隊(duì)首次成功實(shí)現(xiàn)了白天遠(yuǎn)距離(53千米)自由空間量子密鑰分發(fā),通過地基實(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。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《自然—光子學(xué)》。
“墨子號”衛(wèi)星目前已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了首次星地量子通信,但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3天才能完成全球范圍內(nèi)地面站點(diǎn)的覆蓋。為了提高通信覆蓋率,以提高衛(wèi)星量子通信實(shí)用化水平,需要構(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)時量子通信網(wǎng)絡(luò)。
為抑制白天陽光背景噪聲,潘建偉團(tuán)隊(duì)從3個方面發(fā)展關(guān)鍵技術(shù):陽光背景噪聲主要包括太陽光直射部分和經(jīng)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(diǎn)采用1550納米波段光子開展實(shí)驗(yàn),優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng),將噪聲降低超過一個數(shù)量級;發(fā)展頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測技術(shù),在保持單光子高效探測的同時,實(shí)現(xiàn)了光譜維度的窄帶濾波,降低噪聲約兩個數(shù)量級;發(fā)展自由空間光束單模光纖耦合技術(shù),實(shí)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(shù)量級。綜合這3項(xiàng)技術(shù),研究小組在青海湖相距53公里的兩點(diǎn)間完成了白天陽光背景下的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn),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(dá)到~150 bps。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(gòu)建量子星座打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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