星地量子密钥分发新成果，为量子互联网全球部署添砖加瓦，微纳量子卫星与地面站密钥分发成功，助力全球量子通信网络构建-灵通数据

中国科学技术大学联合多家科研单位组成的研究团队，在国际上首次实现微纳量子卫星与小型化、可移动地面站之间的实时星地量子密钥分发，并在中国和南非之间建立量子密钥完成数据加密传输。同时介绍了量子保密通信的重要性、此前相关研究成果以及此次研究在技术上的突破和意义。

记者从中国科学技术大学了解到，由该校潘建伟、彭承志、廖胜凯等科研人员，联合济南量子技术研究院、中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院等单位，共同组成了一支实力强劲的研究团队。近期，这个团队取得了一项重大科研成果，在国际上首次达成了微纳量子卫星与小型化、可移动地面站之间的实时星地量子密钥分发。在单次卫星通过期间，实现了多达100万比特的安全密钥共享。在此基础上，联合团队携手南非斯坦陵布什大学科研团队，在中国和南非之间距离相隔12900多公里的情况下，成功建立了量子密钥，并且完成了对图像数据“一次一密”的加密和传输工作。这一重要工作为实用化卫星量子通信组网铺平了道路。相关研究成果于2025年3月20日在国际学术期刊《自然》上在线发表。

通信安全对于国家信息安全和经济社会发展而言，是至关重要的基础。基于量子密钥分发的量子保密通信，是迄今为止唯一被证明安全的通信方式，它能够极大地提升现有信息系统的安全传输水平。目前，基于光纤链路的城域城际量子通信已经发展得较为成熟，并且初步得到了应用。然而，要实现远距离乃至全球化的量子保密通信，还面临着一些难题。光纤存在固有的损耗问题，而且难以覆盖全球。而利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，能够有效地克服这些限制，从而实现全球范围的量子保密通信。

为了解决上述问题，中国科学技术大学与多家科研机构展开协同攻关，在星地量子通信领域开展了一系列具有开创性的研究。此前，中国科学技术大学牵头研制的“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。并且，它与地面光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”共同构成了首个天地一体化广域量子保密通信网络，这充分验证了基于卫星实现全球化量子通信的可行性。不过，“墨子号”量子卫星存在无法直接覆盖全球且成本较高的问题。因此，发射多颗低成本微纳量子卫星并实现组网运行，成为了构建高效率、实用化、全球化量子通信网络的迫切需求。

为了达成这一目标，研究团队付出了巨大努力，成功突破了多项关键技术。其中包括低成本小型化诱骗态量子光源技术、复合激光通信的实时密钥提取技术、基于卫星姿控的高精度跟瞄等。团队完成了星载量子密钥分发载荷、量子微纳卫星平台的研制工作。值得一提的是，此次研制的载荷重量约为23kg，相比“墨子号”重量轻了10倍，但其光源频率却提升了约6倍。密钥生成时效性也从数天时间完成提高到了单轨实时成码。在此基础上，研究团队进一步研发出了小型化地面站系统。该系统的重量从第一代地面站的重约13吨大幅降低到了现在约100kg的水平。它不仅能够快速部署，还可以适应城市、山区、高原等各类复杂环境，从原理上来说，已经能够支撑移动量子通信。

在本次研究工作中，量子微纳卫星与济南、合肥、南山、武汉、北京、上海、南非斯泰伦博斯等地面光学站成功建立了光链路，顺利实现了实时星地量子密钥分发实验。星载量子诱骗态光源平均每秒发送2.5亿个信号光子，结合上下行光通信实现密钥的实时提取。一次过轨对接实验可生成250 kbits – 1Mbits的安全密钥，平均成码率可达3 kbps。以卫星作为可信中继，研究团队进一步实现了地面相距12900km的北京站和南非斯泰伦博斯站之间的密钥共享和数据中继。

这项研究工作意义重大，它为未来发射多颗微纳卫星构建“量子星座”奠定了坚实的基础。不仅为大规模实用化量子通信网络的建设提供了关键技术支撑，更为量子互联网的全球部署开辟了新的发展路径。