“墨子號”首次實現白天遠距離量子密鑰分發
科技日報合肥7月25日報道，中國科學技術大學潘建偉教授及其同事在國際上首次實現了白天遠距離（53公裏）自由空間量子密鑰分發，通過地基實驗在信道損耗和噪聲水平方麵驗證了未來構建基於量子星座的星地、星間量子通信網絡的可行性。相關成果7月24日在線發表於《自然·光子學》上。
中國科學技術大學潘建偉院士個人主頁
《自然·光子學》上成果論文截圖
基於衛星平台的量子通信是構建覆蓋全球量子通信網絡最為可行的手段，“墨子號”目前已經在國際上成功實現了首次星地量子通信。然而由於陽光噪聲的影響，“墨子號”衛星隻能在夜晚工作，單顆該類低軌道衛星至少需要三天才能完成全球範圍內地麵站點的覆蓋。
為了提高通信覆蓋率，一種可行的解決途徑是構建由多顆衛星組成的量子星座，建立覆蓋全球的實時量子通信網絡。
為了構建量子星座，需要突破以下兩個技術難題：
一是通信距離較遠導致的鏈路損耗較大，星座通信鏈路損耗典型值大於40—45分貝；
二是隨著衛星軌道的升高，衛星被太陽光照射的概率增大。例如，軌道高度500km的“墨子號”衛星被太陽光照射的概率是68%，而軌道高度36000km的地球同步軌道衛星被太陽光照射的概率達99.4%，而白天陽光照射噪聲是夜晚的5個數量級以上。
量子星座為基礎的量子通信網絡示意圖（子圖a：不同波段大氣透過率曲線（1550nm波段約高於810nm波段），子圖b：太陽光譜分布圖（1550nm波段輻照度約為810nm波段的1/5））
為抑製白天陽光背景噪聲，潘建偉團隊從三個方麵發展關鍵技術：陽光背景噪聲主要包括太陽光直射部分和經大氣分子散射部分，太陽光譜中1550納米波段光子成分較低，大氣散射對該波段散射也較小，利用這個特點采用1550納米波段光子開展實驗，優化光學係統，將噪聲降低超過一個數量級；發展頻率上轉換單光子探測技術，在保持單光子高效探測的同時，實現了光譜維度的窄帶濾波，降低噪聲約兩個數量級；發展自由空間光束單模光纖耦合技術，實現了高效耦合和空間維度的窄視場濾波，降低噪聲約兩個數量級。
量子秘鑰分發實驗示意圖
綜合這三項技術，研究小組在青海湖相距53公裏的兩點間完成了白天陽光背景下的量子密鑰分發實驗，在全鏈路衰減48dB（大於星地、星間鏈路衰減）情況下，誤碼率~1.65%，安全密鑰成碼率達到~150 bps。實驗結果驗證了太陽光背景下開展星地、星間量子密鑰分發的可行性，為下一步構建量子星座打下了堅實的技術基礎。
《Nature Photonics》雜誌幾位審稿人稱讚該成果 “應對了白天自由空間量子密鑰分發的一個重要挑戰”（“addresses an important challenge for day-time operation of free-space QKD”），是一項“卓越的成就”（“a remarkable achievement”）。
該研究工作得到了中科院、基金委、科技部、教育部等部門的支持。
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德國《法蘭克福評論報》網站7月23日發表題為《一個超級大國的崛起》的文章稱，中國人堅信，中國理應獲得世界領導大國的地位，這個夢想幾乎已經成為了現實。
文章稱，新疆塔什庫爾幹古城要塞曾為中國的各大朝代守衛著一條重要的商路：在兩千年前將中國與印度洋連接起來的絲綢之路。中國當時是世界上最大的經濟大國——比羅馬帝國還大。在以前靠駝背運輸貨物的地方，政府新建了一條四車道的公路。該路線是中國在“新絲綢之路”品牌下重建的商貿路線網的一部分。
文章稱，新絲綢之路隻是中國推動重回舊時地位的巨大努力的一部分。不管是技術、經濟、政治還是軍事，這個國家都希望未來能夠處於領先地位。中國領導人帶著自信和其他新興工業國所沒有的落落大方推進這一追趕的進程。《當中國統治世界》一書的作者馬丁·雅克寫道：“中國人堅信，中國理應獲得世界領導大國的地位。”這個夢想幾乎已經成為了現實。階段性成果已經給人留下了深刻的印象。中國目前在所有重要領域都極其強大。
文章稱，經濟上，中國在世界經濟中所占的份額在過去20多年裏大幅上升。同一時期內，中國有5億人擺脫了貧困，到2020年中國將在很大程度上完全戰勝貧困。去年它是德國最大的海外投資者和企業買主。中國經濟總量可能會在未來十年內超過美國。
文章稱，在技術上，中國作為大量關鍵行業的領先者已經揚名，這其中就包括新能源和電動車領域。此外，數字化推進的速度也明顯快於歐洲。移動支付被全麵引入並為大眾所接受。中國是世界太陽能電池、手機、芯片、顯示屏和無人機市場的領頭羊。中國如今是世界上最為先進的國家之一，它早已不再是模仿者，而是世界級的創新者。
外交上，西方的弱點是中國的優勢。在中國戰略家著眼長遠、互相鋪墊照應的計劃麵前，吵得不可開交的歐盟和美國毫無招架之力。這個國家並不把軍事作為它的杠杆，而是利用經濟。當中國領導人感覺美國人在世界銀行沒把自己當回事時，他們成立了自己主導的國際開發銀行——亞投行。軍事上，中國的軍費支出世界第二，並擁有各種類別的核武器、各種型號的導彈。在兩年一次的珠海航展上，雷達轉動，戰鬥機轟鳴。中國正在打造第二艘航母。從遠東的角度來看，歐洲和美國目前顯得動蕩不穩——而這也是中國領導人眼下不希望看到的。他們對一個有著熟悉的大國和明確關係的可以預見的世界秩序感興趣，對災難不感興趣。
文章稱，中國雖然有與世界強國平起平坐的抱負，但是並不爭取統治世界。中國看上去絕不是不堪一擊的，事實上它自成一體且堅如磐石。西方國家必須適應這種新的現實。“在幾年之內中國的影響就將變得真實和明顯”，雅克說。起初它隻是個遙遠的東方國度，後來它也成了大多數人眼裏的一堆統計數字，“但是今天中國以扣人心弦的方式影響著公眾的意識”。
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