記者8月23日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)科大杭州高等研究院院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士王建宇團(tuán)隊(duì)，通過(guò)“天宮二號(hào)”和4個(gè)衛(wèi)星地面站上的緊湊型量子密鑰分發(fā)(QKD)終端，實(shí)現(xiàn)了空—地量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)演示。相關(guān)論文日前刊登在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)》上。

研究人員通過(guò)高精度自動(dòng)跟瞄系統(tǒng)與“天宮二號(hào)”上的量子密鑰分發(fā)終端配合，在地面站與目標(biāo)飛行器之間建立起量子信道，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了空—地量子密鑰分發(fā)試驗(yàn)。

2016年9月，“天宮二號(hào)”共搭載14項(xiàng)應(yīng)用載荷和設(shè)備成功發(fā)射。其中就有一顆大概兩個(gè)微波爐大小、重量不足60千克的針對(duì)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)的載荷。據(jù)介紹，“天宮二號(hào)”搭載的量子密鑰分發(fā)載荷，就是以實(shí)現(xiàn)空—地實(shí)用化的量子密鑰分發(fā)為目標(biāo)，通過(guò)天上發(fā)射一個(gè)個(gè)單光子并在地面接收，生成量子密鑰。

2017年，“天宮二號(hào)”順利完成了和南山地面站之間的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。2018年，“天宮二號(hào)”開(kāi)始驗(yàn)證組網(wǎng)的能力，科研團(tuán)隊(duì)利用“天宮二號(hào)”在分別位于南山、麗江、興隆和德令哈的地面站之間，進(jìn)行了19次量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，讓地面上兩處距離遙遠(yuǎn)的雙方實(shí)現(xiàn)了量子密鑰共享。

飛行在軌的3年時(shí)間里，“天宮二號(hào)”和“墨子號(hào)”衛(wèi)星進(jìn)行了緊密合作。2016年8月，世界首顆量子科學(xué)衛(wèi)星“墨子號(hào)”升上太空。“墨子號(hào)”量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)重約130千克，需要130瓦的功率，其科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)還包括雙向量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)在內(nèi)的糾纏相關(guān)量子通信實(shí)驗(yàn)等。而“天宮二號(hào)”搭載的量子密鑰分發(fā)載荷，體積和重量不到“墨子號(hào)”載荷的一半，運(yùn)行功率為80瓦，它肩負(fù)著“小型化載荷”和“中等軌道傾角”兩項(xiàng)任務(wù)，目標(biāo)也只針對(duì)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。

由于“墨子號(hào)”是太陽(yáng)同步軌道運(yùn)行，一天單軌;而“天宮二號(hào)”一天多軌道運(yùn)行，高度為400千米，正適合低軌、中等傾角的需求，并且可以進(jìn)一步嘗試空—地量子密鑰分發(fā)應(yīng)用。“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室的中等傾角軌道允許在一晚內(nèi)多次通過(guò)單個(gè)地面站，這增加了可以生成的密鑰數(shù)量。研究人員還建立了一個(gè)模型來(lái)比較不同軌道類(lèi)型的、基于衛(wèi)星的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的性能。結(jié)果顯示，將具有中等傾角軌道的衛(wèi)星與穿越極地地區(qū)的太陽(yáng)同步軌道相結(jié)合，可以獲得最佳性能。

“從實(shí)用的角度來(lái)說(shuō)，必須要構(gòu)建由高、中、低軌道衛(wèi)星組成的量子星座，建立覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)。”王建宇表示，這是小型衛(wèi)星星座向?qū)嵱没?span id="xr1f1th" class="keyword">量子保密通信邁出的重要一步，也被認(rèn)為是創(chuàng)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)最有希望的途徑之一。