量子通信是未来保密通信的“终极武器”，可要让这个武器真正发挥作用，必须克服阳光噪声的影响，实现能在白天通信。7月25日，记者从中科大获悉，一直受到世界科学界关注的量子卫星有了最新的成果进展——近日，由中科大潘建伟教授及其同事彭承志、张强等组成的研究小组，在国际上首次成功实现了白天远距离（53km）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有效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。也就是说，目前“墨子号”可以实现在白天传输，为下一步构建量子星座打下了坚实的技术基础。
一大挑战：阳光噪声影响 白天传输信号
“墨子号”是由我国自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星，2016年8月16日发射升空，受到国内外高度关注。其三大科学任务分别是：高速星地量子密钥分发；星地量子纠缠分发，实现大尺度量子非定域性检验；地星量子隐形传态，“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，目前量子通信的一个主要的挑战是，如何在白天有大量光量子的情况下分辨并接收到量子卫星的信号，以实现量子通信。”在之前接受记者采访时，潘建伟教授说，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。
技术突破：建立覆盖全球的 实时量子通信网络
如何才能让“墨子号”实现白天传输？研发团队进行了科研攻关，为了提高通信覆盖率，以提高卫星量子通信实用化水平，一种可行的解决途径是构建由多颗低轨道卫星或高轨道卫星组成的量子星座，建立覆盖全球的实时量子通信网络。
记者了解到，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组成，太阳光谱中1550nm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1550nm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。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~150bps。
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。目前，该项相关成果以长文形式在线发表在国际权威学术期刊《自然光子学》上《Nature Photonics》。 记者 蒋瑜香
