中国科大郭光灿院士团队在面向光纤和自由空间混合信道量子通信研究方面取得了重要进展：该团队史保森教授、周志远副教授课题组与河南省量子信息与量子密码重点实验室研究团队合作，成功制备了光纤通信波段和中红外自由空间通信波段双色偏振纠缠光子，并在实验室演示了基于光纤和自由空间混合信道的量子密钥分发，为全天时天地一体化量子网络的构建提供了技术支撑。这项成果7月8日在线发表在《Laser Photonics Review》上[Laser Photonics Rev. e0038(2025)]。

基于卫星和光纤网络可以构建天地一体化的量子网络。当前的研究主要基于近红外波段纠缠光源，由于受较强的太阳背景辐射影响，主要在夜间工作。将光子波长拓展到中红外波段，可以大幅度地降低太阳背景辐射的干扰，有助于全天时天地一体化量子网络的构建。然而受限于单光子探测器的技术水平（该波段尚无成熟的商业化单光子探测器，目前在实验室研制的超导单光子探测器需要在极低温的条件下工作），目前开展中红外波段量子光源的制备和表征工作难度极大。如何实现高效率、低噪声的中红外光子探测是实现中红外波段量子通信研究亟需解决的问题。

通过量子频谱迁移探测可有效地解决中红外波段缺乏高性能单光子探测器的问题。量子频谱迁移将中红外光子的波长迁移到近红外波段，在常温下通过硅基单光子探测器即可实现中红外光子的有效探测。早期关于量子频谱迁移探测的研究主要集中于1.5微米光纤通信波段。2024年，史保森教授、周志远副教授等人将该技术拓展到中红外波段，在国际上首次实现了连续光泵浦的3微米简并光子对的制备与表征[Sci. Adv. 10, eadm7565 (2024)]。

在本工作中，课题组与合作者进一步将该技术拓展到同步脉冲泵浦的双色偏振纠缠对的制备与表征工作中（其中一个光子波长为1555nm光纤通信波段，另一个光子波长为3370nm中红外自由空间通信波段）。通过同步脉冲泵浦可以进一步地提升中红外光子探测的量子效率和信噪比。双色光子对通过百皮秒的高重频1064nm激光泵浦一对正交放置的type-0匹配的PPLN晶体产生，其中的通信波段光子通过AsGaIn单光子探测器探测，中红外光子则与一个同步脉冲激光进行和频后再通过硅基单光子探测器进行探测（如图1A）。通过偏振干涉、量子态层析和Bell不等式S值的测量可以证明所制备的双色偏振纠缠源具有极高的纠缠质量（如图1B）。在此基础上，课题组基于该双色纠缠源在实验室演示了光纤和自由空间混合信道的量子密钥分发实验（如图2所示），实验结果表明该纠缠源具备构建光纤和自由空间混合量子网络的潜力。

该工作通过量子频谱迁移技术有效地解决了中红外光子的探测问题，将量子通信的研究从近红外通信波段拓展到中红外自由空间通信波段，为未来构建全天时的天地一体化量子网络提供了有效的技术支撑。这项工作得到国家自然科学基金委、中国科学院、科技部和中国科大“双一流”建设经费的支持。