中國科學技術大學潘建偉、彭承志、廖勝凱等與合作者在國際上首次實現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型化、可移動地面站之間的實時星地量子密鑰分發(fā)，在單次衛(wèi)星通過期間實現(xiàn)了多達100萬比特的安全密鑰共享。在此基礎上，研究團隊和南非斯坦陵布什大學科研團隊合作，在中國和南非之間相隔12900多公里的距離上建立了量子密鑰，完成對圖像數(shù)據(jù)“一次一密”加密和傳輸。該工作為實用化衛(wèi)星量子通信組網(wǎng)鋪平了道路。3月20日，相關研究成果在線發(fā)表于《自然》。
量子微納衛(wèi)星“濟南一號”星地量子密鑰分發(fā)實驗示意圖。中國科大供圖
《自然》審稿人稱贊該成果是“技術上令人欽佩的成就”，代表了“基于可信節(jié)點量子星座提供廣域衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)服務的長足進步”，并“展示了衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)技術的成熟，代表了實現(xiàn)量子和經(jīng)典通信衛(wèi)星星座的里程碑”。《自然》還以“向長距離安全量子通信的現(xiàn)實飛躍”為題配發(fā)研究簡報進行報道。
通信安全是國家信息安全和經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎?；诹孔用荑€分發(fā)的量子保密通信是迄今唯一可實現(xiàn)“信息論可證”安全的通信方式，將大幅提升現(xiàn)有信息系統(tǒng)的安全傳輸水平。利用衛(wèi)星平臺進行自由空間量子密鑰分發(fā)，有望實現(xiàn)全球范圍的量子保密通信。由于“墨子號”量子衛(wèi)星無法直接覆蓋全球且成本較高，發(fā)射多顆低成本量子微納衛(wèi)星并實現(xiàn)組網(wǎng)運行，已成為構建高效率、實用化、全球化量子通信網(wǎng)絡的迫切需求。
在系列技術突破的基礎上，研究團隊研制了國際首顆量子微納衛(wèi)星“濟南一號”，并于2022年7月27日成功發(fā)射入軌。研究團隊進一步發(fā)展了小型化地面站系統(tǒng)，重量低于100公斤，可適應城市、山區(qū)、高原等各類環(huán)境，原理上已可支撐移動量子通信。
在此次研究工作中，量子微納衛(wèi)星“濟南一號”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(xiàn)實時星地量子密鑰分發(fā)實驗。星載量子誘騙態(tài)光源平均每秒發(fā)送2.5億個信號光子，結(jié)合上下行光通信實現(xiàn)密鑰的實時提取，一次過軌對接實驗可生成25萬至100萬比特的安全密鑰，平均成碼率可達3 千比特每秒。以量子微納衛(wèi)星“濟南一號”作為可信中繼，研究團隊進一步實現(xiàn)了地面相距12900公里北京站和南非斯坦陵布什站之間的密鑰共享和數(shù)據(jù)中繼。
研究人員介紹，該研究工作為未來發(fā)射多顆微納衛(wèi)星構建“量子星座”奠定了堅實基礎，不僅為大規(guī)模實用化量子通信網(wǎng)絡的建設提供了關鍵技術支撐，更為量子互聯(lián)網(wǎng)的全球部署開辟了新的發(fā)展路徑。
相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08739-z
本文鏈接：http://www.enbeike.cn/news-8-2912-0.html12900公里！我國實現(xiàn)上萬公里星地量子通信
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