“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)白天傳輸 為構(gòu)建“量子星座”打下技術(shù)基礎(chǔ)
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摘要: 目前“墨子號(hào)”可以實(shí)現(xiàn)在白天傳輸,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)。
量子通信是未來(lái)保密通信的“終極武器”,可要讓這個(gè)武器真正發(fā)揮作用,必須克服陽(yáng)光噪聲的影響,實(shí)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(xué)界關(guān)注的量子衛(wèi)星有了最新的成果進(jìn)展——近日,由中科大潘建偉教授及其同事彭承志、張強(qiáng)等組成的研究小組,在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了白天遠(yuǎn)距離(53km)自由空間量子密鑰分發(fā),通過(guò)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(lái)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。也就是說(shuō),目前“墨子號(hào)”可以實(shí)現(xiàn)在白天傳輸,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)。
一大挑戰(zhàn):陽(yáng)光噪聲影響白天傳輸信號(hào)
“墨子號(hào)”是由我國(guó)自主研制的世界上第一顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,2016年8月16日發(fā)射升空,受到國(guó)內(nèi)外高度關(guān)注。其三大科學(xué)任務(wù)分別是:高速星地量子密鑰分發(fā);星地量子糾纏分發(fā),實(shí)現(xiàn)大尺度量子非定域性檢驗(yàn);地星量子隱形傳態(tài),“墨子號(hào)”目前已經(jīng)在國(guó)際上成功實(shí)現(xiàn)了首次星地量子通信。
“然而,目前量子通信的一個(gè)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(hào),以實(shí)現(xiàn)量子通信。”在之前接受記者采訪時(shí),潘建偉教授說(shuō),由于陽(yáng)光噪聲的影響,“墨子號(hào)”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(nèi)地面站點(diǎn)的覆蓋。
技術(shù)突破:建立覆蓋全球的實(shí)時(shí)量子通信網(wǎng)絡(luò)
如何才能讓“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)白天傳輸?研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了科研攻關(guān),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,一種可行的解決途徑是構(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(shí)量子通信網(wǎng)絡(luò)。
記者了解到,為抑制白天陽(yáng)光背景噪聲,潘建偉團(tuán)隊(duì)從三個(gè)方面發(fā)展關(guān)鍵技術(shù):陽(yáng)光背景噪聲主要包括太陽(yáng)光直射部分和經(jīng)大氣分子散射部分組成,太陽(yáng)光譜中1550nm成分較低,大氣散射對(duì)該波段散射也較小,利用這個(gè)特點(diǎn)采用1550nm波段光子開(kāi)展實(shí)驗(yàn),優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng),將噪聲降低超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí);發(fā)展頻率上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)技術(shù),在保持單光子高效探測(cè)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了光譜維度的窄帶濾波,降低噪聲約兩個(gè)數(shù)量級(jí);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(chǎng)濾波,降低噪聲約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。綜合這三項(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(yáng)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~150bps。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了太陽(yáng)光背景下開(kāi)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)。目前,該項(xiàng)相關(guān)成果以長(zhǎng)文形式在線發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然光子學(xué)》上《NaturePhotonics》。
責(zé)任編輯: 一米陽(yáng)光
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