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在引领世界量子通信研究方面,潘建伟团队居功至伟 潘建伟合作的量子卫星是什么

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核心提示：（_原题为：潘建伟团队再突破：下一代量子通信卫星不再怕光 ， 能白天上岗）升空数月内 ， “墨子号”量子科学实验卫星就已完成了世界首次星地量子通信实验 。不过 ， 要真正实现实用化的覆盖全球的量子通信网络 ， 仅靠单...
（_原题为：潘建伟团队再突破：下一代量子通信卫星不再怕光 ， 能白天上岗）
升空数月内 ， “墨子号”量子科学实验卫星就已完成了世界首次星地量子通信实验 。不过 ， 要真正实现实用化的覆盖全球的量子通信网络 ， 仅靠单颗“墨子号”还不够 ， 科学家们还要解决一些重要的问题：比如解决“墨子号”怕光问题、构建卫星星座网络 ， 扩展通信时间等 。。
【在引领世界量子通信研究方面,潘建伟团队居功至伟 潘建伟合作的量子卫星是什么】中国科学技术
大学潘建伟院士 。
上海观察 图
“墨子号”十分“怕光” ， 目前的量子通信实验 ， 都是在晴朗的夜晚中完成的 。从三个方面发展关键技术 ， 中国科学技术大学潘建伟团队在青海湖实现了白天远距离（53公里）自由空间里的量子密钥分发 ， 令下一代量子通信卫星有望克服“怕光”的弱点 ， 实现白天上岗 。
相关论文发表在7月24日的英国《自然·光子学》期刊（Nature Photonics）上 。
论文的第一作者、中科大副研究员廖胜凯告诉澎湃新闻（） ， 在设计“墨子号”的时候 ， 他们就知道了“墨子号”无法白天工作 。现在 ， “墨子号”大约有68%的时间暴露在阳光下 ， 也就是说 ， 只有不到一半的时间能够工作 。而轨道越高的卫星如在地球同步轨道的通信卫星 ， 能“躲”在地球阴影里的时间不到1% 。
因此 ， 攻克白天远距离自由空间里的量子密钥分发 ， 给有效扩展量子卫星的通信时间 ， 提高实用性 ， 进一步为搭建覆盖全球的量子通信星座打下了坚实的基础 。
三方面突破 ， 解决“怕光”问题
那么 ， “墨子号”到底为什么“怕光”呢？这是因为 ， 白天阳光造成的噪声 ， 比夜晚要高5个数量级 。而基于量子不可克隆原理 ， 量子通信信号无法像普通的通信信号一样放大 。因而 ， 保持足够高的信噪比 ， 是白天量子通信要攻克的核心问题 ， 廖胜凯介绍道 。
另一方面 ， 在星地这样的远距离中 ， 通信链路损耗较大 ， 典型值大于40dB（dB是描述损耗倍数的单位 ， 40dB和20bB差了两个数量级） 。此前的白天量子密钥分发实验 ， 最多只能在链路损耗约为20dB的状态下成码 。
为了解决信噪比的问题 ， 潘建伟团队从三个方面实现突破 。首先 ， 选择最合适波段的光子 。阳光背景噪声主要包括太阳光直射部分和经大气分子散射部分 ， 这其中 ， 波长为1550nm的成分较低 ， 大气散射对该波段散射也较小 。团队用这个波段的光子 ， 代替了之前的700-900nm波段 ， 并优化了光学系统 ， 将噪声降低超过一个数量级 。
其次 ， 团队在探测器方面 ， 利用频率上转换单光子探测技术 ， 在保持单光子高效探测的同时 ， 实现了光谱窄带滤波 ， 降低噪声约两个数量级 。
最后 ， 团队发展自由空间光束单模光纤耦合技术 。这是自由空间光通信的关键技术之一 ， 能使自由空间光束的能量能最大限度地耦合到接收单模光纤中区 。不过 ， 以往实验中的耦合效率极低 ， 难以满足量子通信的需要 。这次 ， 团队兼顾高效耦合和空间维度的窄视场滤波 ， 降低噪声约两个数量级 。
综合这三项技术 ， 潘建伟团队在青海湖相距53公里的两点间完成了白天阳光背景下的量子密钥分发实验 ， 在全链路衰减48dB（大于星地、星间链路衰减）情况下 ， 误码率保持在1.65%左右 ， 安全密钥成码率达到150bps 。
通向量子通信星座的必经一步
目前 ， “墨子号”位于500公里高的近地轨道上 ， 运行速度较快 ， 而且受阳光、阴雨天气条件的限制 ， 至少需要三天才能完成全球站点覆盖 。廖胜凯介绍道 ， 为了搭建全球量子通信网络 ， 必须发射更多低轨或高轨的量子通信卫星 ， 组建星座 ， 尽可能实现在地球上的任意地点 ， 只要天气条件合适 ， 即可实践量子通信 。
随着星座中卫星轨道升高 ， 对地面覆盖范围增加 ， 同时卫星被太阳光照射的概率增大 ， 如轨道高度36000km的地球同步轨道卫星被太阳光照射的概率达99.4% 。可以说 ， 实现白天自由空间远距离的量子密钥分发 ， 证实了阳光下星地、星间量子通信的可行性 ， 是通向量子通信星座的必经一步 。

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