中國第一個成功驗證星地之間安全量子信道可行性


    來源:科技日報  2013-05-03 10:37

        最近,由中國科大潘建偉院士領銜的中國科學院協同創新團隊在國際上首次成功完成了全方位的星地量子密鑰分發地基驗證試驗,該工作通過地基實驗驗證了衛星與地球之間的相對運動帶來的困難以及星地鏈路之間的高衰減等不利因素都是可以克服的,為未來實現基于星地量子通信的全球化量子網絡奠定了堅實的技術基礎。

        為實現全球化量子網絡奠定了技術基礎

        科技日報合肥5月2日電(記者吳長鋒)中科院量子科技先導專項協同創新團隊,在國際上首次成功實現星地量子密鑰分發的全方位地面驗證,為未來我國通過發射量子科學實驗衛星,實現基于星地量子通信的全球化量子網絡,對大尺度量子理論基礎檢驗,以及探索如何融合量子理論與愛因斯坦廣義相對論,奠定了必要的技術基礎。

        相關成果5月1日發表在國際權威學術期刊《自然·光子學》上。這是該專項繼去年實驗實現拓撲量子糾錯和百公里自由空間量子態隱形傳輸與糾纏分發后,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同創新中心的最新重要成果。

        量子密鑰分發是最先有望實用化的量子信息技術,可以帶來絕對安全的信息傳輸方式。而實現全球化量子密鑰分發網絡,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距離已接近限;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也很難實現突破。要實現更遠距離、甚至是全球任意兩點的量子密鑰分發,基于低軌道衛星的量子密鑰分發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,成為基于低軌道衛星平臺實現量子密鑰分發面臨的關鍵。

        協同創新團隊由中國科學技術大學潘建偉院士和同事彭承志等、中科院上海技術物理研究所王建宇、光電技術研究所黃永梅等組成。

        為攻克星地量子密鑰分發的上述難題,創新團隊進行了多年合作攻關,自主研制了高速誘騙態量子密鑰分發光源和輕便收發整機,自主發展高精度跟瞄、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鍵技術。在此基礎上,利用旋轉平臺模擬低軌道衛星的角速度和角加速度;利用熱氣球來模擬隨機振動和衛星姿態;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。

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