記者近日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室潘建偉院士及其同事彭承志等，與中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇、光電技術(shù)研究所黃永梅等組成的協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊，在國際上首次成功實現(xiàn)星地量子密鑰分發(fā)的全方位地面驗證，為未來實現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
該研究成果于5月1日以長文形式發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。
量子密鑰分發(fā)是最先有望實用化的量子信息技術(shù)，它可以帶來絕對安全的信息傳輸方式，因此，科學(xué)家們一直致力于全球化量子密鑰分發(fā)的研究。而要實現(xiàn)全球化量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，人們需要突破距離的限制。目前，由于光纖損耗和探測器的不完美性等因素的限制，以光纖為信道的量子密鑰分發(fā)的距離已基本到達(dá)極限，而由于地球曲率和遠(yuǎn)距可視等條件的限制，地面間自由空間的量子密鑰分發(fā)也很難實現(xiàn)更遠(yuǎn)的距離，因此，要實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的甚至是全球任意兩點的量子密鑰分發(fā)，基于低軌道衛(wèi)星的量子密鑰分發(fā)是最具潛力和可行性的方案。而要實現(xiàn)這個方案，則需要克服大氣層的傳輸損耗、量子信道效率、背景噪音等諸多問題。
為了克服星地量子密鑰分發(fā)的上述困難，中科院協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊在中國科大上海研究院、中科院上海技物所和光電技術(shù)研究所進(jìn)行了多年的合作技術(shù)攻關(guān)，自主研制了高速誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)光源和輕便的收發(fā)整機，自主發(fā)展了高精度的跟瞄、高精度同步和高衰減鏈路下的高信噪比及低誤碼率單光子探測等關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊利用旋轉(zhuǎn)平臺來模擬低軌道衛(wèi)星的角速度和角加速度；利用熱氣球來模擬隨機振動和衛(wèi)星姿態(tài)；利用百公里地面自由空間信道來模擬星地之間高衰減鏈路信道，從而成功地驗證了星地之間安全量子信道的可行性。
據(jù)了解，該研究為我國通過發(fā)射量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，實現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)和在大尺度量子理論基礎(chǔ)檢驗，以及探索如何融合量子理論與愛因斯坦廣義相對論，奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。這是繼去年實驗實現(xiàn)拓?fù)淞孔蛹m錯和百公里自由空間量子態(tài)隱形傳輸與糾纏分發(fā)后,中科院量子科技先導(dǎo)專項取得的又一階段性重要突破，同時也是量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的最新重要成果。