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日本50kg微型卫星对地量子通信进展

发布时间: 2017-08-10 16:05:39   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  近年来,随着遥感、通信卫星事业的快速发展,小型、低成本卫星为空间大容量激光通信的发展提供了动力,量子限制通信可以增强激光通信的性能,也是被称为量子密钥分布的本质防攻击安全通信的先决条件。文章报告了微卫星(48千克,50厘米立方体)在低地球轨道上和地面站之间的量子限制通信实验。卫星以10MHz重复频率发送非正交极化状态。在地面,以每脉冲具有〜0.146个光子对接收量子态进行后处理,即使在显着的多普勒频移下也能够成功地实现时钟数据恢复和极化参考帧同步。量子状态由具有四个光子计数器的接收器区分,量子比特错误率低于5%,验证了此项技术对卫星对地面激光通信和量子密钥分配的适用性。 

  文章报道了首例基于微卫星的地球低轨道对地面链路的量子限制通信实验。该链路包括微卫星SOCRATES(空间光通信研究先进技术卫星:侧面长度为50厘米,质量为48千克的立方体)和日本东京NICT总部的光地面站(OGS)非正交的随机二进制序列(PRBS)。在SOCRATES上的SOTA(小型光学应答器)终端(5.9kg)以10MHz的重复率传输波长为0.8μm的线偏振态。 在地面上,量子接收器接收到极化量子态,并以不明确的方式用量子误码率(QBER)<5%进行鉴别。 

  SOTA激光通信终端设计用于在高度为〜650 km近地轨道插入微卫星SOCRATES上的低成本平台上进行光学下行链路和量子通信的可行性研究。使用来自SOTA的10 Mbits s-1和OGS中的1 m直径望远镜的开关键控(OOK)调制,成功实现了不同波长(980和1,550 nm)的成像传感器数据的光学下行链路。 使用从SOTA11传输的圆形和线性偏振进行大气传播对极化的影响实验。 国家空间研究中心也能够成功地收到来自法国Caussol的1.54米MeO OGS中SOTA的信号,展示了与自适应光学器件的卫星到地面的联系,以补偿大气影响。 

  表4 SOTA规格和链路与OGS之间的损耗特征

  

    

  

  图8 a为SOTA照片;b为SOTA中安装两个线性偏振激光二极管(Tx2和Tx3),它们呈-45°线性偏振;c为接收望远镜;d为量子接收器。

  编译自:Satellite-to-ground quantum-limited communication using a 50-kg-class microsatellite.Nature Photonics,2017,11(502-509) 

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