中科院量子科技先導專項協(xié)同創(chuàng)新團隊，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，為未來我國通過發(fā)射量子科學實驗衛(wèi)星，實現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)，對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)。
相關(guān)成果5月1日發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然·光子學》上。這是該專項繼去年實驗實現(xiàn)拓撲量子糾錯和百公里自由空間量子態(tài)隱形傳輸與糾纏分發(fā)后，取得的又一階段性重要突破，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。
量子密鑰分發(fā)是最先有望實用化的量子信息技術(shù)，可以帶來絕對安全的信息傳輸方式。而實現(xiàn)全球化量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，需要突破距離限制。目前，由于光纖損耗和探測器的不完美性等因素，以光纖為信道的量子密鑰分發(fā)距離已接近極限；而由于地球曲率和遠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)突破。要實現(xiàn)更遠距離、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。但這需要克服大氣層傳輸損耗、量子信道效率、背景噪音等問題。尤其是低軌衛(wèi)星和地面站始終處于高速相對運動中，存在角速度、角加速度、隨機振動等情況，如何在這些情況下建立起高效穩(wěn)定的量子信道，保持信道效率及降低量子密鑰誤碼率，成為基于低軌道衛(wèi)星平臺實現(xiàn)量子密鑰分發(fā)面臨的關(guān)鍵。
協(xié)同創(chuàng)新團隊由中國科學技術(shù)大學潘建偉院士和同事彭承志等、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。
為攻克星地量子密鑰分發(fā)的上述難題，創(chuàng)新團隊進行了多年合作攻關(guān)，自主研制了高速誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)光源和輕便收發(fā)整機，自主發(fā)展高精度跟瞄、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，利用旋轉(zhuǎn)平臺模擬低軌道衛(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，成功地驗證了星地之間安全量子信道的可行性。 （記者 吳長鋒）
