中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團隊在量子通信領(lǐng)域取得了重大突破。由該校的潘建偉、彭承志、廖勝凱等科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)，攜手濟南量子技術(shù)研究院、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所及微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等單位的聯(lián)合團隊，成功實現(xiàn)了量子微納衛(wèi)星與小型化、便攜式地面站之間的實時星地量子密鑰分發(fā)。

這一創(chuàng)新成果標志著，在一次衛(wèi)星過境期間，研究團隊成功共享了多達1百萬比特的安全密鑰。這一技術(shù)突破不僅展示了量子通信技術(shù)的巨大潛力，更為構(gòu)建全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅實基礎(chǔ)。

在上述研究的基礎(chǔ)上，該聯(lián)合團隊還與南非斯坦陵布什大學(xué)的科研團隊攜手，跨越12900多公里的距離，在中國與南非之間建立了量子密鑰，并成功實現(xiàn)了對圖像數(shù)據(jù)的“一次一密”加密傳輸。這一成就進一步驗證了量子通信技術(shù)在實際應(yīng)用中的可行性和可靠性。

量子通信以其獨特的安全性，被視為提升國家信息安全和經(jīng)濟社會發(fā)展水平的關(guān)鍵技術(shù)?；诹孔用荑€分發(fā)的量子保密通信，是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)“信息論可證”安全的通信方式。然而，要實現(xiàn)遠距離乃至全球化的量子保密通信，必須克服光纖損耗和覆蓋范圍的限制。利用衛(wèi)星平臺進行自由空間量子密鑰分發(fā)，成為了解決這一難題的有效途徑。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在此領(lǐng)域的研究歷史深遠。此前，由該校牽頭研制的“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，已在全球首次實現(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”共同構(gòu)成了首個天地一體化廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。然而，“墨子號”量子衛(wèi)星無法直接覆蓋全球且成本高昂，因此發(fā)射多顆低成本量子微納衛(wèi)星并實現(xiàn)組網(wǎng)運行，成為了構(gòu)建高效、實用、全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)的迫切需求。

為了滿足這一需求，研究團隊在關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破。他們成功研發(fā)了低成本小型化誘騙態(tài)量子光源技術(shù)、復(fù)合激光通信的實時密鑰提取技術(shù)，以及基于衛(wèi)星姿控的高精度跟瞄技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，他們完成了星載量子密鑰分發(fā)載荷和量子微納衛(wèi)星平臺的研制工作。載荷重量僅為約23公斤，相比“墨子號”降低了約一個數(shù)量級，光源頻率則提升了約6倍，密鑰生成的時效性也得到了顯著提高。

2022年7月27日，團隊研制的國際首顆量子微納衛(wèi)星“濟南一號”成功發(fā)射入軌。隨后，研究團隊進一步發(fā)展了小型化地面站系統(tǒng)，重量降低至低于100公斤的水平，能夠快速部署并適應(yīng)各種環(huán)境。這一系統(tǒng)原理上已能夠支持移動量子通信。

在本研究中，量子微納衛(wèi)星與濟南、合肥、南山、武漢、北京、上海以及南非斯坦陵布什等地的地面光學(xué)站建立了光鏈路，并成功實現(xiàn)了實時星地量子密鑰分發(fā)實驗。星載量子誘騙態(tài)光源每秒發(fā)送約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。一次過軌對接實驗即可生成250kbits至1Mbits的安全密鑰，平均成碼率可達3kbps。

以衛(wèi)星作為可信中繼，研究團隊還成功實現(xiàn)了地面相距12900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。這一研究成果不僅為大規(guī)模實用化量子通信網(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。