不怕阳光干扰，墨子号白天也能干活了

中国科技大学的潘剑伟教授和他的同事们在一天之内首次实现了世界范围内长距离(53公里)的*空间量子密钥分发。地面实验从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和星间量子通信网络的可行性。相关结果发表在7月24日的《自然光子学》在线版上。

基于卫星平台的量子通信是构建全球量子通信网络最可行的手段。墨子成功实现了世界上第一次星地量子通信。然而，由于太阳光噪声的影响，“墨子”号卫星只能在夜间工作，一颗这样的低轨道卫星至少需要三天时间才能覆盖全球的地面站。

为了提高通信覆盖率，一个可行的解决方案是建立一个由多颗卫星组成的量子星座和覆盖全球的实时量子通信网络。为了构建量子星座，有必要突破以下两个技术难点:一是通信距离长造成的链路损耗大，典型的星座通信链路损耗超过40-45分贝；第二，随着卫星轨道的增加，卫星被阳光照射的可能性增加。

为了抑制白天的阳光背景噪声，潘剑伟团队从三个方面开发了关键技术:阳光背景噪声主要包括阳光直射部分和大气分子散射部分。太阳光谱中1550纳米波段的光子成分相对较低，该波段的大气散射也相对较小。基于这一特性，用1550 nm波段的光子进行实验，以优化光学系统并将噪声降低一个数量级以上。频率上转换单光子探测技术的发展实现了光谱维度上的窄带滤波，同时保持了单光子探测的高效率，并将噪声降低了约两个数量级。*空间光束单模光纤耦合技术的发展实现了空间维度的高效耦合和窄视场滤波，噪声降低了约两个数量级。

该研究小组在距离青海湖53公里的两点之间的白天阳光中完成了量子密钥分配实验。实验结果验证了太阳光中星地和星间量子密钥分配的可行性。