济南量子科技突破！全球首次实现“济南一号”星地实时量子密钥分发

在量子通信领域，一项里程碑式的成就近日由济南量子技术研究院携手中国科学技术大学、中国科学院上海技术物理研究所及微小卫星创新研究院等科研机构共同完成。这一国际合作项目成功实现了“济南一号”微纳量子卫星与小型化、便携式地面站之间的实时星地量子密钥分发，单次卫星过境期间即分享了高达100万比特的安全密钥。
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进一步地，该联合团队与南非斯坦陵布什大学合作，跨越12900多公里的距离，在中非之间建立了量子密钥，并首次实现了对图像数据的“一次一密”加密传输。这一突破性进展不仅为构建实用化卫星量子通信网络铺平了道路，相关研究成果也已在国际权威学术期刊《自然》杂志上发表。

量子保密通信，基于量子密钥分发技术，是目前唯一能够实现“信息论可证”安全的通信方式，对于提升国家信息安全和经济社会发展的防护水平具有重要意义。尽管基于光纤链路的城域城际量子通信已日趋成熟，但实现远距离乃至全球化的量子保密通信仍面临挑战。利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，成为克服这些限制、实现全球范围量子保密通信的有效途径。

回顾历史，2017年中国科学技术大学牵头研制的“墨子号”量子科学实验卫星首次实现了星地量子密钥分发，并与“京沪干线”构成了首个天地一体化广域量子保密通信网络，验证了卫星实现全球化量子通信的可行性。然而，“墨子号”无法直接覆盖全球且成本高昂，因此发射多颗低成本微纳量子卫星并实现组网运行，成为构建高效、实用、全球化量子通信网络的迫切需求。

为了满足这一目标，研究团队在关键技术上取得了重大突破，包括低成本小型化诱骗态量子光源技术、复合激光通信的实时密钥提取技术以及基于卫星姿控的高精度跟瞄技术。在此基础上，他们成功研制了星载量子密钥分发载荷和量子微纳卫星平台。“济南一号”量子微纳卫星的载荷重量仅为约23公斤，相比“墨子号”大幅降低，光源频率提升约6倍，密钥生成时效性也显著提高。