今日，中國科學技術大學宣布，中國科研團隊在國際上首次實現微納量子衛星與小型化、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100萬比特的安全密鑰共享。
并在中國和南非之間相隔12900多公里的距離上成功建立量子密鑰，完成對圖像數據“一次一密”加密和傳輸，為實用化衛星量子通信組網鋪平了道路。
這項工作由中國科學技術大學學者潘建偉、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共同完成。
今天凌晨，國際學術期刊《自然》雜志在線發表了該研究成果，雜志審稿人稱贊該成果是“技術上令人欽佩的成就，展示了衛星量子密鑰分發技術的成熟，代表了實現量子和經典通信衛星星座的里程碑。”
此前，中國科學技術大學牽頭研制的“墨子號”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干網“京滬干線”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“墨子號”量子衛星無法直接覆蓋全球且成本較高，因此發射多顆低成本微納量子衛星并實現組網運行是構建高效率、實用化、全球化量子通信網絡的迫切需求。
量子微納衛星“濟南一號”星地量子密鑰分發實驗示意圖
為了實現這一目標，研究團隊成功突破了低成本小型化誘騙態量子光源技術、復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，完成了星載量子密鑰分發載荷、量子微納衛星平臺研制。
載荷重量約23kg，相比“墨子號”重量輕10倍，但光源頻率卻提升了約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。
在此基礎上，研究團隊進一步發展了小型化地面站系統，該系統重量從第一代地面站的重約13噸降低到了現在約100kg的水平，不僅能夠快速部署，還可以適應城市、山區、高原等各類環境，原理上已可支撐移動量子通信。
據介紹，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、南非斯泰倫博斯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。
星載量子誘騙態光源平均每秒發送2.5億個信號光子，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250 kbits-1Mbits的安全密鑰，平均成碼率可達3 kbps。
以衛星作為可信中繼，研究團隊進一步實現了地面相距12900km北京站和南非斯泰倫博斯站之間的密鑰共享和數據中繼。
據悉，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，將大幅提升現有信息系統的安全傳輸水平。
利用衛星平臺進行自由空間量子密鑰分發，能夠有效克服光纖存在的固有損耗以及難以覆蓋全球等限制，實現全球范圍的量子保密通信。
