“济南一号”微纳卫星：万里之外，量子密钥实时传！

在量子科技的探索之路上，中国科学家再次取得了举世瞩目的成就。近日，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团队，成功在国际舞台上首次实现了一项重大突破——通过“济南一号”微纳量子卫星与便携式地面站，实时完成了星地之间的量子密钥分发，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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这一里程碑式的成果不仅展示了中国在量子通信领域的深厚实力，更为全球量子保密通信网络的构建铺平了道路。随后，该研究团队与南非斯坦陵布什大学的科研人员携手，跨越12900多公里的遥远距离，成功建立了量子密钥，并实现了对图像数据的“一次一密”加密传输，标志着量子通信技术在长距离安全通信方面迈出了重要一步。

量子保密通信，作为目前唯一能够实现“信息论可证”安全的通信方式，对于提升国家信息安全水平和促进经济社会发展具有重要意义。然而，要实现远距离乃至全球化的量子保密通信，需要克服光纤损耗和覆盖范围的限制。利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，成为了突破这一瓶颈的有效途径。

回顾历史，2017年，中国科学技术大学牵头研发的“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“京沪干线”共同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”量子卫星的覆盖范围有限且成本高昂，因此，发射低成本、高效率的微纳量子卫星并组网运行，成为了构建全球化量子通信网络的关键。

在此背景下，济南量子技术研究院与多家科研机构协同作战，成功突破了多项关键技术，研制出了低成本、小型化的诱骗态量子光源、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系统，并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。2022年7月27日，“济南一号”量子微纳卫星成功发射升空，其载荷重量仅为23公斤，比“墨子号”降低了约一个数量级，光源频率则提升了约6倍，密钥生成的时效性也得到了显著提升。

与此同时，济南量子技术研究院还积极推进小型化量子通信卫星地面站系统的研发。早在2019年，研究院团队就启动了相关项目，并在同年12月30日成功与“墨子号”量子卫星进行了对接测试，标志着我国首个小型化、可移动的量子卫星地面站在济南建成。此次实时星地量子密钥分发实验中，部署在研究院楼顶的一台重量仅为100公斤的卫星地面站发挥了关键作用，其性能远超首代重达13吨的地面站，适应性强，能够快速部署，理论上已支持移动量子通信。