记者20日从中国科学技术大学了解到，学校科研人员潘建伟、彭承志、廖胜凯等与国内外多个科研团队合作，在国际上首次实现量子微纳卫星与小型化、可移动地面站之间的实时星地量子密钥分发，在单次卫星通过期间实现了多达100万比特的安全密钥共享。他们与南非斯泰伦博斯大学科研团队合作，在中国和南非之间相隔12900多公里的距离上建立量子密钥，成功将一张中国长城图片和一张南非实验现场图片完成“一次一密”加密，实现跨越南北半球的远程安全传输。
基于量子密钥分发的量子保密通信是迄今唯一可实现“信息论可证”安全性的通信方式，将大幅提升现有信息系统的信息安全传输水平。经过十几年的努力，使用光纤传输的城域城际量子通信已发展成熟并初步应用，但要实现跨洲联洋的全球性远程量子通信，需要借助量子卫星平台。利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，能够突破光纤等传输限制，实现全球范围的量子保密通信。
“以前要实现一次星地间的量子通信，大约需要三四天时间，现在已经可以实现实时通信。”中国科学技术大学教授级高级工程师、“济南一号”项目负责人廖胜凯介绍说，此外，“济南一号”的载荷重量只有约23公斤，重量不到“墨子号”的十分之一，而光源频率提升约6倍。
2016年，中国潘建伟科研团队牵头研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。然而其成本高、覆盖面有限。科研人员尝试发射造价更低、身材更“苗条”的微纳卫星，多颗组网构建高效率、实用化、全球化量子通信网络。
2022年7月，中国发射国际首颗量子微纳卫星。“这颗微纳卫星的成本只有‘墨子号’的二十分之一，卫星自重、载荷重量也降低约一个数量级，但光源频率提升约6倍。”廖胜凯说，研究团队同时升级了小巧轻便的地面站系统。
据悉，与9年前相比，此次实现连接亚非两大洲的量子通信，在通信性能和设备集成等方面都有重大提升。当年的第一代量子通信卫星地面站重约13吨，现在只有不到100公斤重，可以方便地部署到城市、山区、高原等各种环境。这些技术进步提升了量子通信的实用性和经济性，为大规模量子通信网络的建设提供了关键技术支撑，使实现全球化量子通信成为可能。
此次，量子微纳卫星与中国济南、合肥、武汉、北京、上海以及南非的斯泰伦博斯等地面光学站建立光链路，实现实时星地量子密钥分发实验。以卫星作为可信中继，研究团队进一步实现了地面相距12900多公里的北京站和南非斯泰伦博斯站之间的密钥共享和数据中继。
这一研究工作为未来发射多颗微纳卫星构建“量子星座”奠定了坚实基础，不仅为大规模实用化量子通信网络的建设提供了关键技术支撑，更为量子互联网的全球部署开辟了新的发展路径。
3月20日，国际学术期刊《自然》杂志刊发论文，介绍了这次全球南北半球国家之间的首次量子通信，称其为“向长距离安全量子通信的现实飞跃”。审稿人称赞此成果是“技术上令人钦佩的成就”“展示了卫星量子密钥分发技术的成熟”。
■文图来源：新华社
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