zui近，由中國科大潘建偉院士的*協(xié)同創(chuàng)新團隊在上成功完成了的星地量子密鑰分發(fā)地基驗證試驗，該工作通過地基實驗驗證了衛(wèi)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(xiàn)基于星地量子通信的化量子網(wǎng)絡(luò)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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)新團隊，在上成功實現(xiàn)了星地量子密鑰分發(fā)的的地面驗證，為未來實現(xiàn)基于星地量子通信的化量子網(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)表在學(xué)術(shù)期刊《自然—光子學(xué)》雜志上（Nature Photonics 7, 387–393 （2013））。這是中科院量子科技先導(dǎo)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，同時也是量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的重要成果。

 

量子密鑰分發(fā)是zui先有望實用化的量子信息技術(shù)，其物理原理保證的無條件安全性使科學(xué)家們一直致力于化量子密鑰分發(fā)的研究。要實現(xiàn)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)更遠的距離。因此要實現(xiàn)更遠距離的甚至是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)成為zui有潛力和可行性的方案。理論分析表明，對于低軌衛(wèi)星平臺方案，大氣層的傳輸損耗、量子信道效率、背景噪音等問題都是需要克服的重要問題。尤其是低軌衛(wèi)星和地面站始終處于高速相對運動之中，如何在有角速度、角加速度、隨機振動等情況下建立起穩(wěn)定的量子信道，保持信道效率以及降低量子密鑰誤碼率，是基于低軌道衛(wèi)星平臺實現(xiàn)量子密鑰分發(fā)面臨的關(guān)鍵性問題。

 

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。

 

上述研究為我國通過發(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)。由于量子密鑰分發(fā)實用化應(yīng)用基礎(chǔ)研究的重要性，同期的《自然·光子學(xué)》還分別報道了德國慕尼黑大學(xué)研究小組關(guān)于飛機與地面的量子密鑰分發(fā)，以及法國國家科研中心聯(lián)合團隊關(guān)于連續(xù)變量的遠距離量子密鑰分發(fā)的重要實驗成果。