近日，《國家科學(xué)評論》（National Science Review）在線發(fā)表了題為Achieving 500-GHz communication over 1.2 km using an astronomical telescope with a quantum-limited superconducting receiver的研究論文，該成果由中國科學(xué)院紫金山天文臺牽頭的聯(lián)合實驗團(tuán)隊完成。

高容量星地通信對于實現(xiàn)全球互聯(lián)、空間遙感、空間天文及高速數(shù)據(jù)回傳等至關(guān)重要。傳統(tǒng)星地通信大多依賴微波技術(shù)，受限于頻譜資源與帶寬，難以滿足日益增長的對高速率、低時延的高容量通信需求。光通信和太赫茲通信技術(shù)應(yīng)運而生，其中太赫茲通信因具有波束指向誤差容忍度高、對平臺振動不敏感等優(yōu)點，在高容量通信中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。

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(a) 基于太赫茲天文望遠(yuǎn)鏡作為接收端的太赫茲通信系統(tǒng)概念圖，背景顯示青藏高原地區(qū)可沉降水汽含量（PWV）的分布；(b) 雪山牧場500 GHz通信系統(tǒng)照片；(c) 60厘米口徑太赫茲天文望遠(yuǎn)鏡照片；(d)、(e) 太赫茲通信系統(tǒng)的發(fā)射與接收原理圖；(f) 通信系統(tǒng)接收終端照片；(g) 超導(dǎo)隧道結(jié)混頻器輸出的中頻信號頻譜；(h)、(i) 在年平均和冬季大氣條件下，雪山牧場15米亞毫米波望遠(yuǎn)鏡與衛(wèi)星之間通信速率與發(fā)射功率關(guān)系的定量分析結(jié)果。

2024年10月，該研究團(tuán)隊在青海省海西州雪山牧場亞毫米波天文臺址附近（海拔4445米），以一套配備500 GHz頻段具備量子極限靈敏度超導(dǎo)混頻接收機(jī)的全自主研制60厘米口徑太赫茲天文望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，和一臺輸出功率僅為15 μW的全電子學(xué)太赫茲信號發(fā)射器，實現(xiàn)了1.2公里距離高清視頻實時無線傳輸。

該成果是國際首次將太赫茲天文望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)用于太赫茲通信，驗證了未來在雪山牧場用太赫茲天文望遠(yuǎn)鏡開展星地高容量通信的潛力。進(jìn)一步定量分析表明，未來雪山牧場15米亞毫米波望遠(yuǎn)鏡的星地通信速率可達(dá)每秒萬億比特量級。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院以及中國工程物理研究院的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf222