记者从中国科学技术大(da)学获悉，该校潘建伟、彭承志、廖胜凯等科研人员联合济(ji)南量子技术研究院、中国科学院上海(hai)技术物理研究所(suo)、微小卫星创(chuang)新研究院等单位组成的研究团队，近期在国际上首次实现微纳(na)量子卫星与小型化、可移动地面站之(zhi)间的实时(shi)星地量子密钥分发，在单次卫星通过期间实现了多达100万比特(te)的安(an)全密钥共享。在此基础上，联合团队和南非斯坦(tan)陵布什大(da)学科研团队合作，在中国和南非之(zhi)间相隔12900多公里的距离(li)上建立(li)了量子密钥，完成对图像数据“一次一密”加密和传输。该工作为实用化卫星量子通信组网铺(pu)平了道路。相关研究成果于2025年(nian)3月(yue)20日在国际学术期刊《自然》在线发表。
通信安(an)全是国家信息安(an)全和经济(ji)社会发展(zhan)的重要(yao)基础。基于量子密钥分发的量子保密通信是迄(qi)今唯一安(an)全的通信方式，可以大(da)幅提升现有信息系统的安(an)全传输水平。目(mu)前，基于光(guang)纤链路的城域城际量子通信已发展(zhan)成熟并初步(bu)得以应用。为实现远距离(li)乃至全球化的量子保密通信，需要(yao)克服光(guang)纤存在的固有损耗以及难以覆盖全球的问题。利用卫星平台进(jin)行自由空间量子密钥分发，能够有效克服这(zhe)些限制，实现全球范围的量子保密通信。
为此中国科学技术大(da)学与多家科研机构协同攻关，在星地量子通信方面开(kai)展(zhan)了一系列开(kai)创(chuang)性研究。此前，中国科学技术大(da)学牵头研制的“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现了星地量子密钥分发，并与地面光(guang)纤量子保密通信骨干网“京沪干线”构成首个天地一体化广域量子保密通信网络，充分验证(zheng)了基于卫星实现全球化量子通信的可行性。由于“墨子号”量子卫星无法直接覆盖全球且(qie)成本(ben)较高，因此发射多颗低成本(ben)微纳(na)量子卫星并实现组网运行是构建高效率、实用化、全球化量子通信网络的迫(po)切需求。
为了实现这(zhe)一目(mu)标，研究团队成功突破了低成本(ben)小型化诱骗态(tai)量子光(guang)源技术、复合激光(guang)通信的实时(shi)密钥提取技术、基于卫星姿(zi)控的高精(jing)度跟瞄等关键技术，完成了星载量子密钥分发载荷、量子微纳(na)卫星平台研制。载荷重量约23kg，相比“墨子号”重量轻10倍，但光(guang)源频率却提升了约6倍，密钥生成时(shi)效性由数天时(shi)间完成提高到单轨实时(shi)成码。在此基础上，研究团队进(jin)一步(bu)发展(zhan)了小型化地面站系统。该系统重量从第一代地面站的重约13吨降低到了现在约100kg的水平，不仅能够快速部署，还可以适应城市、山区、高原等各类环境(jing)，原理上已可支撑(cheng)移动量子通信。
在本(ben)研究工作中，量子微纳(na)卫星与济(ji)南、合肥(fei)、南山、武汉、北(bei)京、上海(hai)、南非斯泰伦博斯等地面光(guang)学站建立(li)光(guang)链路，实现实时(shi)星地量子密钥分发实验。星载量子诱骗态(tai)光(guang)源平均每秒(miao)发送2.5亿个信号光(guang)子，结合上下(xia)行光(guang)通信实现密钥的实时(shi)提取，一次过轨对接实验可生成250 kbits-1Mbits的安(an)全密钥，平均成码率可达3 kbps。以卫星作为可信中继，研究团队进(jin)一步(bu)实现了地面相距12900km北(bei)京站和南非斯泰伦博斯站之(zhi)间的密钥共享和数据中继。
该研究工作为未来发射多颗微纳(na)卫星构建“量子星座”奠定了坚实基础，不仅为大(da)规模实用化量子通信网络的建设提供了关键技术支撑(cheng)，更为量子互联网的全球部署开(kai)辟了新的发展(zhan)路径。
△量子微纳(na)卫星“济(ji)南一号”星地量子密钥分发实验示意图
△中国-南非“一次一密”加密传输的图片：长城照片
△中国-南非“一次一密”加密传输的图片：南非斯坦(tan)陵布什大(da)学实验现场
（记者 帅俊全 褚尔嘉）