本报讯  中国科技大学、合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟教授和同事杨涛、彭承志等人，通过“自由空间纠缠光子的分发”在国际上首次证明，纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后，其纠缠特性仍能保持，并可应用于高效、安全的量子通信。这一研究成果为实现全球化的量子通信奠定了实验基础。

　　该项工作以《13公里自由空间纠缠光子分发：朝向基于人造卫星的全球化量子通信》为题，发表在4月22日出版的国际物理学权威期刊《物理评论快报》上。《物理评论快报》审稿人高度评价了该项实验的重要性，认为其成功实施“具有重大意义”，“是一项相当了不起的成就”。与此同时，英国《新科学家》等国际权威科技新闻期刊，也纷纷在第一时间详细报道了这一研究成果。

　　专家介绍，目前广泛使用的远距离通信，需要通过光纤来传输大量光子，但是现有传输方式保密性差、可被窃听，存在较大的安全隐患。而量子保密通信技术则不同，它通过单一光子或纠缠光子来传送信息，根据物理原理保证通信的安全性。只是光子在光纤中传输时容易因被吸收而严重损耗，要实现远距离的光纤量子保密通信难度很大。虽然科学家已在光纤量子密码等研究中取得一定进展，但光子大量损耗的问题仍难以突破，使量子密码在光纤中的最大传输距离被限制在100公里左右。

　　值得庆幸的是，最新研究表明，利用通信卫星和自由空间纠缠光子分发，很有希望实现更远距离乃至全球化的量子通信。该技术大体步骤如下：地面发射量子信号并穿透大气层——卫星接收到量子信号，按需要转发到另一特定卫星——量子信号从该特定卫星再次穿透大气层到达地面指定接收地点。由于携带量子信号的光子在外层空间传播时几乎没有损耗，只要保证纠缠光子穿透整个大气层后仍能存活并保持纠缠特性，就可在卫星帮助下实现全球化量子通信。开发这项技术的挑战之一，是空气分子的散射作用使光子很难被传送到指定位置。因此，要像微波通讯一样实现自由空间量子密码的传输，仍面临巨大困难。

　　潘建伟教授领导的研究小组，从2003年开始研究自由空间量子通信。他们选定合肥市郊海拔281米的大蜀山电视发射塔为第一个实验点，在此制备出成对的纠缠光子，再利用两个专门设计加工的发射望远镜，将容易发散的细小光束“增肥”后，向分别位于科大西区和肥西县桃花镇、东西相距13公里的两个实验站送出，在两个接收端用同样型号的望远镜收集。

　　尽管山顶常年风大、夏季酷热，实验受空气污染和灯光污染影响较大，但经过研究人员的努力，在这样的远距传送中，虽有许多纠缠光子衰减，仍有相当比例的“夫妻对”保持了旺盛的生命力。经灵敏度非常高的单光子探测器检测，分居东西两地的光子“夫妻”，虽然“遥相守望”，却仍“心心相印”，所携带信息的数量和质量，完全满足基于卫星的全球化量子通信的要求。研究小组在此基础上用分发的纠缠光源，进行了非常安全的量子保密通信，取得的“13公里”的成绩，不仅是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离，也是杜绝了窃听漏洞的量子密钥分发的最大距离。

　　实验室人员介绍，他们正计划开展更远距离的量子通信实验，下一步目标是通过自由空间实现几百公里的量子通信，超越光纤传输的极限。他们希望，通过通信卫星实现更远距离乃至全球的量子通信，有朝一日能成为现实。