IT 之家 3 月 20 日消息，中國科學技術大學今天淩晨宣布，中國科學技術大學潘建偉、彭承志、廖勝凱等，聯合濟南量子技術研究院、中國科學院上海技術物理研究所、微小衛星創新研究院等單位組成的研究團隊，在國際上首次實現量子微納衛星與小型化、可移動地面站之間的實時星地量子密鑰分發，在單次衛星通過期間實現了多達 1 百萬比特的安全密鑰共享。
▲ 量子微納衛星 " 濟南一号 " 星地量子密鑰分發實驗示意圖
在此基礎上，聯合團隊和南非斯坦陵布什（Stellenbosch）大學科研團隊合作，在中國和南非之間相隔 12900 多公裏的距離上建立了量子密鑰，完成對圖像數據 " 一次一密 " 加密和傳輸。該工作爲實用化衛星量子通信組網鋪平了道路。相關研究成果于 2025 年 3 月 20 日在線發表在國際學術期刊《自然》雜志上。
IT 之家從官方介紹獲悉，通信安全是國家信息安全和經濟社會發展的重要基礎。基于量子密鑰分發的量子保密通信是迄今唯一可實現 " 信息論可證 " 安全的通信方式，将大幅提升現有信息系統的安全傳輸水平。目前，基于光纖鏈路的城域城際量子通信已發展成熟并初步得以應用。爲實現遠距離乃至全球化的量子保密通信，需要克服光纖存在的固有損耗以及難以覆蓋全球的問題。利用衛星平台進行自由空間量子密鑰分發，能夠有效克服這些限制，實現全球範圍的量子保密通信。
中國科大與多家科研機構協同攻關，在星地量子通信方面開展了一系列開創性研究。中國科大牽頭研制的 " 墨子号 " 量子科學實驗衛星在國際上首次實現了星地量子密鑰分發，并與地面光纖量子保密通信骨幹網 " 京滬幹線 " 構成首個天地一體化廣域量子保密通信網絡，充分驗證了基于衛星實現全球化量子通信的可行性。由于 " 墨子号 " 量子衛星無法直接覆蓋全球且成本較高，發射多顆低成本量子微納衛星并實現組網運行，已成爲構建高效率、實用化、全球化量子通信網絡的迫切需求。
朝向這一目标，研究團隊成功突破了低成本小型化誘騙态量子光源技術、複合激光通信的實時密鑰提取技術、基于衛星姿控的高精度跟瞄等關鍵技術，完成星載量子密鑰分發載荷、量子微納衛星平台研制，載荷重量約 23kg，相比 " 墨子号 " 降低約一個數量級，光源頻率提升約 6 倍，密鑰生成時效性由數天時間完成提高到單軌實時成碼。在系列技術突破的基礎上，團隊研制的國際首顆量子微納衛星 " 濟南一号 " 于 2022 年 7 月 27 日成功發射入軌。研究團隊進一步發展了小型化地面站系統，相對第一代重約 13 噸的地面站，重量降低了約兩個數量級達到低于 100kg 的水平，能夠快速部署，可适應城市、山區、高原等各類環境，原理上已可支撐移動量子通信。
在本研究工作中，量子微納衛星與濟南、合肥、南山、武漢、北京、上海、南非斯坦陵布什等地面光學站建立光鏈路，實現實時星地量子密鑰分發實驗。星載量子誘騙态光源平均每秒發送 2.5 億個信号光子，結合上下行光通信實現密鑰的實時提取，一次過軌對接實驗可生成 250kbits-1Mbits 的安全密鑰，平均成碼率可達 3kbps。以衛星作爲可信中繼，研究團隊進一步實現了地面相距 12900km 北京站和南非斯坦陵布什站之間的密鑰共享和數據中繼。
該研究工作爲未來發射多顆微納衛星構建 " 量子星座 "奠定了堅實基礎，不僅爲大規模實用化量子通信網絡的建設提供了關鍵技術支撐，更爲量子互聯網的全球部署開辟了新的發展路徑。
