自由空间光通信（Free space optical communication，简称Free space optical communication）是一种利用光传输信息的远距离通信系统，是一种很有前途的高速通信系统。这种通信系统不受电磁干扰的影响，电磁干扰是一种由外部源产生的干扰，会影响电路并干扰无线电信号。
虽然一些研究强调了自由空间光通信的可能优势，但这种通信系统到目前为止仍有一定的局限性。最值得注意的是，其安全防范窃听者的功能是有限的。来自法国巴黎理工学院、德国达姆施塔特工业大学和美国洛杉矶加利福尼亚大学的研究团队最近推出了一种基于量子级联激光器的更安全的自由空间光通信系统，该系统是一种典型的发射中红外光的半导体激光器。
通过量子密钥分发（即基于量子物理特性）的私人自由空间通信是很有希望的，但可能还需要数年，甚至更长的时间。目前该项技术的主要限制是对低温系统的要求、非常慢的数据传输速率和昂贵的设备。
研究团队提出了一种替代先前提出的实现私有自由空间通信的系统的方法，这种系统实现了基于量子力学定律的密码协议，设计的新系统是基于使用两个单向耦合的量子级联激光器。
研究人员的方法结合了混沌同步和中红外波长的量子级联激光技术。混沌同步是半导体激光器研究的一个特殊性质。混沌同步是私人通信的关键，而中红外波长意味着大气的衰减比近红外波长低，而近红外波长是大多数半导体激光器发射的波长。此外，中红外波长意味着隐身，因为背景辐射位于同一波长域。”
量子级联激光器的中红外波长使得潜在的窃听者更难破译使用研究人员系统交换的信息。这意味着通信的安全性进一步提高。
本研究成功实现了是两个QCL之间成功的混沌同步，在这种结构中产生时间混沌的可能性一直是有争议的，因为与大多数半导体激光器相比，它们依赖不同的技术，这使得QCLs更稳定，因此不太容易发生混沌。几年前，研究人员通过实验证明了QCLs可以产生时间混沌，现在更进一步实现了基于混沌同步的私有通信。
到目前为止，研究人员仅仅描述了他们提出的系统的概念证明，两个量子级联激光器之间的距离只有一米。对于自由空间通信来说，这不是一个现实的配置。未来，研究人员希望改进系统，使之更适合于现实世界的实现，把自由通信距离增加到几百米，然后再增加几公里，以便建立一个作战系统。
除了量子级联激光器外，还有其它中红外半导体激光器，如带间级联激光器。研究人员计划用带间级联激光器重复同样的实验，以确定中红外波长下私人通信的最佳配置。
该论文以题名“Private communications with quantum cascade laser photonic chaos”发表在《自然通讯》上，原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23527-9
