我国实时星地量子密钥分发取得新突破

人民网济南3月21日电 (郑昕桥)济南量子技术研究院联合中国科学技术大学、中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院等单位组成的研究团队，在国际上首次实现“济南一号”微纳量子卫星与小型化、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多达1百万比特的安全密钥共享，并在中非之间12900多公里的距离上建立量子密钥，完成对图像数据“一次一密”加密和传输。

国际学术期刊《自然》杂志3月20日在线发表了相关研究成果。

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”安全的通信方式，可大幅提升现有信息系统的安全传输水平。目前，基于光纤链路的城域城际量子通信已发展成熟并初步得到应用，而远距离乃至全球化的量子保密通信，还需要克服光纤存在的固有损耗以及难以覆盖全球的问题。

济南量子技术研究院与多家科研机构协同攻关，在星地量子通信方面开展了一系列开创性研究，国际首颗量子微纳卫星“济南一号”成功发射。“济南一号”量子微纳卫星载荷重量约23kg，比2017年中国科学技术大学牵头研制的“墨子号”量子科学实验卫星降低约一个数量级，光源频率提升约6倍，密钥生成时效性由数天时间完成提高到单轨实时成码。

部署在济南量子技术研究院科研楼顶的小型化地面站。人民网 郑昕桥摄

在本研究工作中，“济南一号”量子微纳卫星与济南、合肥、南山、武汉、北京、上海、南非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。星载量子诱骗态光源平均每秒发送2.5亿个信号光子，结合上下行光通信实现密钥的实时提取，一次过轨对接实验可生成250 kbits-1Mbits的安全密钥，平均成码率可达3 kbps。以卫星作为可信中继，研究团队进一步实现了地面相距12900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。

量子微纳卫星“济南一号”星地量子密钥分发实验示意图。中国科学技术大学供图

中国-南非“一次一密”加密传输的图片：长城照片。中国科学技术大学供图

该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。