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纳米鲍勃：一种用于上行链路配置量子通信实验的立方星任务概念

DOI：10.1140/epjqt/s40507-018-0070-7 期刊：EPJ Quantum Technology 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 我们提出了一项地基到天基的量子密钥分发（QKD）任务构想，并附有相关低地球轨道纳米卫星载荷开发的可行性研究。量子信息由单光子承载，二进制编码通过光子的偏振态表示。通过地面与卫星间分发纠缠光子可验证链路的量子特性——确保窃听行为无法实施。将纠缠光子源置于地面后，空间段"仅需"配置复杂度较低的探测系统，从而能封装于符合12U立方星标准（约12立方分米）的紧凑舱体内。这降低了项目总体成本，使其成为未来欧洲量子通信卫星任务的理想先导方案。该空间段比含光源的方案更具通用性：既兼容多种QKD协议（不限于纠缠光子方案），又可用于量子物理实验（如纠缠退相干研究）。其他潜在实验包括大气传输/湍流特性表征、暗区测绘、精跟踪指向及高精度时钟同步——这些对未来全球尺度量子通信计划都至关重要。
作者： Erik Kerstel，Arnaud Gardelein，Mathieu Barthelemy，Siddarth Koduru Joshi，Rupert Ursin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究利用立方星平台实现地空量子密钥分发（QKD）的可行性，重点开发用于量子通信实验的紧凑型低成本卫星载荷。

研究成果

可行性研究表明，利用现有技术可实现地面站与近地轨道立方星之间的上行链路量子密钥分发。该设计符合12U立方星标准的尺寸、重量和功率限制，为未来量子通信任务提供了一种灵活且具成本效益的解决方案。研究还揭示了其他量子物理实验及太空应用的潜力。

研究不足

该研究受到以下因素的制约：为CubeSat部署而缩小量子通信设备规模的技术挑战、大气湍流对链路衰减的影响、以及精确指向和跟踪系统的需求。太空环境中单光子探测器可能遭受的辐射损伤也是一个潜在限制因素。

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