“量子星座”要來了！1.29萬公里實時星地密鑰分發成功

     地面基站從13噸“減重”到約100千克，可快速部署到城市、山區、高原等不同環境；衛星載荷比“墨子號”輕了10倍左右，光源頻率提升約6倍，密鑰生成實現單軌實時成碼——由我國多個科研單位組成的聯合研究團隊在原理上實現了對移動量子通信的支撐。

     3月20日凌晨，國際學術期刊《自然》在線發表了這一量子通信領域的重要成果：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100萬比特的安全密鑰共享。

    在此基礎上，該科研團隊還與南非斯坦陵布什大學科研團隊合作，在中國和南非相隔約1.29萬公里的距離之間建立了量子密鑰，完成對圖像數據“一次一密”加密和傳輸。該工作為實用化衛星量子通信組網鋪平了道路。

    開創性突破打造量子微納衛星

    這個科研團隊由中國科學技術大學教授潘建偉、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。

    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。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。利用衛星平臺進行自由空間量子密鑰分發，能夠更有效實現全球范圍的量子保密通信。

    自“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上首次實現星地量子密鑰分發以來，我國在星地量子通信方面取得了一系列開創性突破，并于數年前提出發射多顆低成本量子微納衛星實現組網運行，以構建高效率、實用化、全球化量子通信網絡。

                                           量子微納衛星“濟南一號”星地量子密鑰分發實驗示意圖

     圍繞這一目標，研究團隊成功突破了一系列關鍵技術，完成星載量子密鑰分發載荷、量子微納衛星平臺研制，不僅基站和星載載荷大幅減重，而且光源頻率提升約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。

     2022年7月27日，團隊研制的國際首顆量子微納衛星“濟南一號”成功發射入軌。

     低成本高效“量子星座”鋪平道路

     這一次，該衛星與濟南、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百萬比特的安全密鑰。

    以衛星作為可信中繼，研究團隊進一步實現了地面相距1.29萬千米北京站和南非斯泰倫博斯站之間的密鑰共享和數據中繼。

中國-南非“一次一密”加密傳輸的圖片（左圖：長城照片；右圖：南非斯坦陵布什大學實驗現場）

。

     該研究工作為未來發射多顆微納衛星構建“量子星座”奠定了堅實基礎，不僅為大規模實用化量子通信網絡的建設提供了關鍵技術支撐，更為量子互聯網的全球部署開辟了新的發展路徑。

    《自然》雜志審稿人稱贊該成果取得了“技術上令人欽佩的成就”，代表了“基于可信節點量子星座提供廣域衛星量子密鑰分發服務的長足進步”，并“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”。

      轉載自：上觀