我國科學家研究自由空間遠距離量子通信獲重要進展

記者從中國科學技術大學獲悉，該校教授潘建偉、彭承志、張強等人與清華大學王向斌教授、中國科學院上海微系統與信息技術研究所尤立星研究員等人合作，近日實現了基於遠距離自由空間信道的測量設備無關量子密鑰分發實驗，開啟了在自由空間實現遠距離複雜量子信息處理任務的可能。

近年來，量子通信技術快速發展，但由於光纖存在固有損耗，量子信號又不能像經典通信信號那樣被放大，制約著遠程量子通信的實現。在外太空的自由空間信道，光信號損耗非常小，通過衛星的輔助可以大大擴展量子通信距離。隨著我國「墨子號」量子衛星發射，衛星平臺和地面光纖網相結合的量子通信技術方案已見雛形，但還存在大氣湍流中如何實現量子幹涉等重大技術挑戰。

近期，潘建偉等人組成的科研團隊開發出一種能抵抗強湍流能力的自適應光學系統，使雙鏈路總信道效率提升了約4倍到10倍。並通過測量脈衝到達時間實時反饋，得到32皮秒的獨立時鐘同步精度；用新技術方案使幹涉光的頻率差小於10兆赫，從而實現遠距離獨立雷射器之間的鎖頻。

得益於這些技術突破，潘建偉科研團隊利用王向斌教授的四強度優化協議，最終在城市大氣信道中實現了自由空間信道的測量設備無關量子密鑰分發實驗，通信雙方的距離達到19.2公裡，意味著向實現基於衛星的遠程量子通信邁出堅實一步。也為在自由空間進行量子幹涉的相關實驗開闢了道路，比如研究量子中繼器、量子網絡，以及在大空間尺度中探索量子力學與廣義相對論融合等科學問題。

國際知名學術期刊《物理評論快報》日前發表了這項研究成果。