微纳卫星与地面站实时量子密钥分发成功

在量子通信领域，一项具有里程碑意义的成就近日由中国科学技术大学的研究团队携手多家科研机构共同完成。他们成功实现了微纳量子卫星与小型化地面站之间的实时星地量子密钥分发，这一突破不仅刷新了国际记录，更为构建全球化的量子通信网络奠定了坚实基础。
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量子密钥分发，作为量子保密通信的核心技术，能够提供“信息论可证”的绝对安全通信方式，这对于国家信息安全和经济社会发展具有不可估量的价值。然而，要实现远距离乃至全球化的量子保密通信，必须克服光纤链路的固有损耗和覆盖限制。为此，中国科大研究团队将目光转向了卫星平台，希望通过自由空间量子密钥分发来打破这些瓶颈。

回顾历史，中国科大在星地量子通信方面早已取得了显著成果。他们牵头研制的“墨子号”量子科学实验卫星，首次实现了星地量子密钥分发，并与地面光纤量子保密通信骨干网构成了首个天地一体化广域量子保密通信网络。这一成就充分验证了卫星实现全球化量子通信的可行性，但也暴露了“墨子号”无法直接覆盖全球且成本高昂的问题。因此，发射多颗低成本微纳量子卫星并实现组网运行，成为了构建高效、实用、全球化量子通信网络的关键。

为了实现这一目标，研究团队在关键技术上取得了多项突破。他们成功研发了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，他们完成了星载量子密钥分发载荷和量子微纳卫星平台的研制工作。这颗名为“济南一号”的国际首颗量子微纳卫星，于2022年成功发射入轨，其载荷重量仅为23公斤，相比“墨子号”大幅降低了一个数量级。

随后，研究团队进一步发展了小型化地面站系统，重量降低到不足100公斤，能够快速部署并适应各种环境。这一创新使得移动量子通信成为可能。在实验中，“济南一号”量子微纳卫星与济南、合肥、南山、武汉、北京、上海以及南非斯泰伦博斯等地的地面光学站建立了光链路，实现了实时星地量子密钥分发。