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中国科学家研究自由空间远距离量子通信获重要进展

  我国科学家研究自由空间远距离量子通信获重要进展

  新华社合肥12月27日电(记者徐海涛)记者从中国科学技术大学获悉,该校教授潘建伟、彭承志、张强等人与清华大学王向斌教授、中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星研究员等人合作,近日实现了基于远距离自由空间信道的测量设备无关量子密钥分发实验,开启了在自由空间实现远距离复杂量子信息处理任务的可能。

  近年来,量子通信技术快速发展,但由于光纤存在固有损耗,量子信号又不能像经典通信信号那样被放大,制约着远程量子通信的实现。在外太空的自由空间信道,光信号损耗非常小,通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离。随着我国“墨子号”量子卫星发射,卫星平台和地面光纤网相结合的量子通信技术方案已见雏形,但还存在大气湍流中如何实现量子干涉等重大技术挑战。

  近期,潘建伟等人组成的科研团队开发出一种能抵抗强湍流能力的自适应光学系统,使双链路总信道效率提升了约4倍到10倍。并通过测量脉冲到达时间实时反馈,得到32皮秒的独立时钟同步精度;用新技术方案使干涉光的频率差小于10兆赫,从而实现远距离独立激光器之间的锁频。

  得益于这些技术突破,潘建伟科研团队利用王向斌教授的四强度优化协议,最终在城市大气信道中实现了自由空间信道的测量设备无关量子密钥分发实验,通信双方的距离达到19.2公里,意味着向实现基于卫星的远程量子通信迈出坚实一步。也为在自由空间进行量子干涉的相关实验开辟了道路,比如研究量子中继器、量子网络,以及在大空间尺度中探索量子力学与广义相对论融合等科学问题。

  国际知名学术期刊《物理评论快报》日前发表了这项研究成果。

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