2017年7月25日墨子号白天远距离量子密钥分发 法兰克福评论报: 一个超级大国的崛起

“墨子号”首次实现白天远距离量子密钥分发

 

 

科技日报合肥7月25日报道，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事在国际上首次实现了白天远距离（53公里）自由空间量子密钥分发，通过地基实验在信道损耗和噪声水平方面验证了未来构建基于量子星座的星地、星间量子通信网络的可行性。相关成果7月24日在线发表于《自然·光子学》上。

中国科学技术大学潘建伟院士个人主页

《自然·光子学》上成果论文截图

基于卫星平台的量子通信是构建覆盖全球量子通信网络最为可行的手段，“墨子号”目前已经在国际上成功实现了首次星地量子通信。然而由于阳光噪声的影响，“墨子号”卫星只能在夜晚工作，单颗该类低轨道卫星至少需要三天才能完成全球范围内地面站点的覆盖。

为了提高通信覆盖率，一种可行的解决途径是构建由多颗卫星组成的量子星座，建立覆盖全球的实时量子通信网络。

为了构建量子星座，需要突破以下两个技术难题：

一是通信距离较远导致的链路损耗较大，星座通信链路损耗典型值大于40—45分贝；

二是随着卫星轨道的升高，卫星被太阳光照射的概率增大。例如，轨道高度500km的“墨子号”卫星被太阳光照射的概率是68%，而轨道高度36000km的地球同步轨道卫星被太阳光照射的概率达99.4%，而白天阳光照射噪声是夜晚的5个数量级以上。

量子星座为基础的量子通信网络示意图（子图a：不同波段大气透过率曲线（1550nm波段约高于810nm波段），子图b：太阳光谱分布图（1550nm波段辐照度约为810nm波段的1/5））

为抑制白天阳光背景噪声，潘建伟团队从三个方面发展关键技术：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，太阳光谱中1550纳米波段光子成分较低，大气散射对该波段散射也较小，利用这个特点采用1550纳米波段光子开展实验，优化光学系统，将噪声降低超过一个数量级；发展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，实现了光谱维度的窄带滤波，降低噪声约两个数量级；发展自由空间光束单模光纤耦合技术，实现了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。

量子秘钥分发实验示意图

综合这三项技术，研究小组在青海湖相距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~1.65%，安全密钥成码率达到~150 bps。实验结果验证了太阳光背景下开展星地、星间量子密钥分发的可行性，为下一步构建量子星座打下了坚实的技术基础。

《Nature Photonics》杂志几位审稿人称赞该成果 “应对了白天自由空间量子密钥分发的一个重要挑战”（“addresses an important challenge for day-time operation of free-space QKD”），是一项“卓越的成就”（“a remarkable achievement”）。

该研究工作得到了中科院、基金委、科技部、教育部等部门的支持。

 

参考消息官方头条号

　　德国《法兰克福评论报》网站7月23日发表题为《一个超级大国的崛起》的文章称，中国人坚信，中国理应获得世界领导大国的地位，这个梦想几乎已经成为了现实。

　　文章称，新疆塔什库尔干古城要塞曾为中国的各大朝代守卫着一条重要的商路：在两千年前将中国与印度洋连接起来的丝绸之路。中国当时是世界上最大的经济大国——比罗马帝国还大。在以前靠驼背运输货物的地方，政府新建了一条四车道的公路。该路线是中国在“新丝绸之路”品牌下重建的商贸路线网的一部分。

　　文章称，新丝绸之路只是中国推动重回旧时地位的巨大努力的一部分。不管是技术、经济、政治还是军事，这个国家都希望未来能够处于领先地位。中国领导人带着自信和其他新兴工业国所没有的落落大方推进这一追赶的进程。《当中国统治世界》一书的作者马丁·雅克写道：“中国人坚信，中国理应获得世界领导大国的地位。”这个梦想几乎已经成为了现实。阶段性成果已经给人留下了深刻的印象。中国目前在所有重要领域都极其强大。

　　文章称，经济上，中国在世界经济中所占的份额在过去20多年里大幅上升。同一时期内，中国有5亿人摆脱了贫困，到2020年中国将在很大程度上完全战胜贫困。去年它是德国最大的海外投资者和企业买主。中国经济总量可能会在未来十年内超过美国。

　　文章称，在技术上，中国作为大量关键行业的领先者已经扬名，这其中就包括新能源和电动车领域。此外，数字化推进的速度也明显快于欧洲。移动支付被全面引入并为大众所接受。中国是世界太阳能电池、手机、芯片、显示屏和无人机市场的领头羊。中国如今是世界上最为先进的国家之一，它早已不再是模仿者，而是世界级的创新者。

　　外交上，西方的弱点是中国的优势。在中国战略家着眼长远、互相铺垫照应的计划面前，吵得不可开交的欧盟和美国毫无招架之力。这个国家并不把军事作为它的杠杆，而是利用经济。当中国领导人感觉美国人在世界银行没把自己当回事时，他们成立了自己主导的国际开发银行——亚投行。军事上，中国的军费支出世界第二，并拥有各种类别的核武器、各种型号的导弹。在两年一次的珠海航展上，雷达转动，战斗机轰鸣。中国正在打造第二艘航母。从远东的角度来看，欧洲和美国目前显得动荡不稳——而这也是中国领导人眼下不希望看到的。他们对一个有着熟悉的大国和明确关系的可以预见的世界秩序感兴趣，对灾难不感兴趣。

　　文章称，中国虽然有与世界强国平起平坐的抱负，但是并不争取统治世界。中国看上去绝不是不堪一击的，事实上它自成一体且坚如磐石。西方国家必须适应这种新的现实。“在几年之内中国的影响就将变得真实和明显”，雅克说。起初它只是个遥远的东方国度，后来它也成了大多数人眼里的一堆统计数字，“但是今天中国以扣人心弦的方式影响着公众的意识”。