量子上行链路为卫星通信提供“蓝图”

加拿大的研究团队称之为，他们刚已完成了机载接收机的原理证明，这使得基于量子光子学的高安全性光卫星链路沦为有可能。尽管量子密钥分配（QKD）是一种用于单个光子的偏振或振幅来确保信息安全的加密方法——该方法早已在机载平台上获得了检验，加拿大滑铁卢大学的科学家首度将量子密钥从地面传输到了加装在飞机上的接收器。

ChristopherPugh及其同事在《量子科技》杂志公开发表的一篇论文中声称，在本次实验中，地面发射站共计向双水獭飞机上的接收器升空了14次信号。他们在地面站收到的七次信号中分解了一个量子信号链接，设法萃取出有了“不能密码”的量子密钥，并顺利汉译了七个信号中的六个。研究团队的领导者ThomasJennewein声称，在经过了八年的打算之后，这次的实验结果使得卫星量子通信技术迈进了极其重要的一步。

量子传输：ChristopherPugh在“双水獭飞机”（TwinOtterplane）上加装用作量子密钥分配（QKD）下行实验的接收器单元。照片来源：加拿大国家科学研究委员会（NRC）。“实验再一证明了我们的技术是不切实际的，”他说道，“我们在地面与和较低地球轨道卫星的角速度完全相同的机载平台之间创建了光学链路，并且在地面站与飞机之间的信道需要在十秒内创建通信链路。

”“光学链路在几分钟时间内，传输了长约868kb的安全性密钥，接管到的量子位错误率在3％到5％之间。”卫星通信蓝图Jennewein指出，量子通信的基本概念是准确的，这次实验为未来的卫星量子加密通信技术获取了一幅“蓝图”。事实上，加拿大政府正在著手研究该技术。

4月份，加拿大创意、科学和经济发展部宣告计划研发量子技术的太空应用于——在未来五年内，将更进一步减少8100万美元的计划。该计划的参与者滑铁卢量子计算出来研究所说道：“加拿大将通过该计划沦为量子加密技术的领头羊，量子加密将使用高度先进设备的计算技术来创立完全不能密码的安全性代码。”虽然QKD方法早已经常出现了数十年时间，并且早已在金融和军事领域中获得了可行性应用于，但是该方法依然受到一些物理容许。

滑铁卢大学研究员ChristopherPugh说明说道：“地基QKD系统用于光纤链路，由于光纤的吸取损耗，系统的范围被容许在几百公里的距离，因为随着距离的减少，光纤损耗将呈圆形指数型快速增长。”自由空间光学链路也被证明可以与移动接管设备因应工作，但是大气吸取和湍流以及对传播介质的拒绝将传输范围容许在“意味着”数百公里。Pugh回应：“利用卫星系统，量子通信将扩展到全球范围。

”然而，加拿大太空局和美国霍尼韦尔航空航天集团（HoneywellAerospace）在量子加密和科学卫星（QEYSSat）任务中明确提出，与创建上行链路比起，创建QKD下行链路的一部分可玩性在于大气湍流不会影响QKD链路的早期传输。因此，到目前为止，所有机载QKD实验皆是基于上行链路的，将要量子密钥从机载平台发送到相同的地面接收机。785nm波长传输为了最大限度地增加光噪声影响，在两次夜间的飞行中实验期间，滑铁卢研究团队将QKD链路创建在785nm波长的激光，该激光是由1550nm和1590nm的激光在周期极化的氧化镁波导中通过和频技术产生的。激光通过两个振幅调制器产生四种有所不同的偏振态，并将这些信号通过反射望远镜传输过来。

信号抵达机载接收器平台后由另一个反射望远镜接管，并通过分束器和光纤系统被引领到检测器模块。“总共14架飞机中，有7架顺利与地面站创建了量子信号链路。”该团队补足说道，经过第一天检修了一些设备，第二天的七次实验中有五次顺利。在与地面接收机创建的七次链接中，飞机皆以超过260km/h的速度飞行中，该团队顺利传输了六次量子密钥。

“我们的指向和追踪系统需要创建和确保一个具备3km～10km距离的毫度精度的光学链路，而BB84协议的诱饵状态信号（即四个有所不同的偏振状态）通过信道发送到以较低地球轨道卫星的角速度飞行中的机载平台上。”他们在论文的结论称之为。“我们的系统展示了下行链路（QKD）卫星任务的可行性。

QKD卫星接收机的核心量子部件已被证明需要已完成航天通信任务。”卫星准备好了吗？值得注意的是，滑铁卢大学的QKD接收机用于了许多“合适太空飞行”的组件，而其他组件则具备具体的卫星配备开发计划。他们称之为，这是为了在QKD卫星上创建量子通信链路所做到的技术打算。

除了加拿大，世界上还有许多国家在研究量子空间通信链接。2016年8月，中国升空了一颗“量子科学卫星”，并将展开量子通信链路实验。根据当时的《大自然》杂志报导，中国计划在两年内生产能产生成对纠结光子的晶体，将量子密钥从卫星发送到地面站。

量子技术的新兴领域以及光子学扮演着的关键角色将沦为本月将要在慕尼黑揭幕的全球光电展上沦为焦点。主办方慕尼黑展出公司回应，德国通快公司（Trumpf）的PeterLeibinger和德国Toptica公司首席执行官WilhelmKaenders都将就量子技术这一话题展开讲解，而来自德国乌尔姆大学的TommasoCalarco将向与会者讲解一项以量子技术为中心的享有可观支出的欧洲研究计划。

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