中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)3月20日宣布，中國科研團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型可移動地面站之間的實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)，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，為實(shí)用化衛(wèi)星量子通信組網(wǎng)鋪平了道路。

這項(xiàng)工作由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)者潘建偉、彭承志、廖勝凱等，聯(lián)合濟(jì)南量子技術(shù)研究院、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等單位共同完成。

3月20日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志在線發(fā)表了該研究成果。雜志審稿人稱贊其“展示了衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)技術(shù)的成熟，代表了實(shí)現(xiàn)量子和經(jīng)典通信衛(wèi)星星座的里程碑”。

通信安全是國家信息安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)?；诹孔用荑€分發(fā)的量子保密通信是迄今唯一可實(shí)現(xiàn)“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(fā)展成熟并初步得以應(yīng)用。而要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(wèi)星平臺進(jìn)行星地之間的量子密鑰分發(fā)，成為科學(xué)家突破光纖限制的途徑。

2017年，中國科大牽頭研制的“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國際上首次實(shí)現(xiàn)了星地量子密鑰分發(fā)，并與地面光纖量子保密通信骨干網(wǎng)“京滬干線”構(gòu)成首個(gè)天地一體化廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，充分驗(yàn)證了基于衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球化量子通信的可行性。

隨著研究工作的推進(jìn)，中國科大團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步向構(gòu)建更為高效率、實(shí)用化、全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)新目標(biāo)邁進(jìn)。在“星”方面，突破系列關(guān)鍵技術(shù)，研制出更為高效的國際首顆量子微納衛(wèi)星“濟(jì)南一號”，于2022年成功發(fā)射入軌；在“地”方面，進(jìn)一步發(fā)展了小型化地面站系統(tǒng)，大幅降低重量便于快速部署，可適應(yīng)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。

本項(xiàng)研究工作中，量子微納衛(wèi)星與濟(jì)南、合肥、南山、武漢、北京、上海、南非斯坦陵布什等地面光學(xué)站建立光鏈路，進(jìn)行了實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，單次衛(wèi)星通過期間實(shí)現(xiàn)了多達(dá)100萬比特的安全密鑰共享。

以衛(wèi)星作為可信中繼，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了地面相距12900多公里的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。

據(jù)介紹，該研究工作為未來發(fā)射多顆微納衛(wèi)星構(gòu)建“量子星座”奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，不僅為大規(guī)模實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了關(guān)鍵技術(shù)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。