中国科研团队突破多项关键技术，为量子互联网全球部署开辟新路径，中国科大团队实现星地量子密钥分发新突破，开启量子通信新时代

本文围绕中国科学技术大学潘建伟等研究团队在量子通信领域的重要成果展开，详细介绍了其实现量子微纳卫星与地面站实时星地量子密钥分发，以及在国际上的应用和技术突破等情况。

3月20日消息，今日凌晨，中国科学技术大学发布重大消息。由中国科学技术大学潘建伟、彭承志、廖胜凯等，联合济南量子技术研究院、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，取得了一项具有国际领先水平的科研成果。他们在国际上首次成功实现了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，就实现了多达1百万比特的安全密钥共享。

▲ 量子微纳卫星“济南一号”星地量子密钥分发实验示意图

在此优异成果的基础上，联合团队携手南非斯坦陵布什（Stellenbosch）大学科研团队，开展了进一步的合作。他们在中国和南非之间相隔12900多公里的距离上成功建立了量子密钥，并顺利完成了对图像数据“一次一密”的加密和传输工作。这一工作意义非凡，为实用化卫星量子通信组网铺平了坚实的道路。相关研究成果已于2025年3月20日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。

从官方介绍中我们了解到，通信安全对于国家信息安全和经济社会发展至关重要，它是重要的基础保障。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。这种通信方式能够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经发展成熟，并且初步得到了应用。然而，要实现远距离乃至全球化的量子保密通信，还面临着一些难题。光纤存在固有损耗，并且难以覆盖全球，这就限制了其在更广泛范围内的应用。而利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，则能够有效克服这些限制，从而实现全球范围的量子保密通信。

中国科大与多家科研机构紧密合作，协同攻关，在星地量子通信方面开展了一系列开创性的研究。中国科大牵头研制的“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现了星地量子密钥分发。它与地面光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”构成了首个天地一体化广域量子保密通信网络，充分验证了基于卫星实现全球化量子通信的可行性。不过，“墨子号”量子卫星也存在一些不足，它无法直接覆盖全球，而且成本较高。因此，发射多颗低成本量子微纳卫星并实现组网运行，成为了构建高效率、实用化、全球化量子通信网络的迫切需求。

为了实现这一目标，研究团队付出了巨大的努力。他们成功突破了多项关键技术，如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、基于卫星姿控的高精度跟瞄等。在此基础上，完成了星载量子密钥分发载荷、量子微纳卫星平台的研制工作。其中，载荷重量约23kg，相比“墨子号”降低了约一个数量级；光源频率提升了约6倍；密钥生成时效性也从数天时间完成提高到单轨实时成码。在这些系列技术突破的支撑下，团队研制的国际首颗量子微纳卫星“济南一号”于2022年7月27日成功发射入轨。研究团队还进一步发展了小型化地面站系统，相对第一代重约13吨的地面站，重量降低了约两个数量级，达到低于100kg的水平。这个小型化地面站能够快速部署，可适应城市、山区、高原等各类环境，从原理上已经可以支撑移动量子通信。

在本次研究工作中，量子微纳卫星与济南、合肥、南山、武汉、北京、上海、南非斯坦陵布什等地面光学站建立了光链路，顺利实现了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了密钥的实时提取。一次过轨对接实验可生成250kbits – 1Mbits的安全密钥，平均成码率可达3kbps。以卫星作为可信中继，研究团队进一步实现了地面相距12900km的北京站和南非斯坦陵布什站之间的密钥共享和数据中继。

该研究工作意义深远，为未来发射多颗微纳卫星构建“量子星座”奠定了坚实基础。它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。

本文介绍了中国科学技术大学研究团队在量子通信领域的重大成果，包括实现量子微纳卫星与地面站实时星地量子密钥分发、跨国量子密钥建立等。团队突破多项关键技术，研制“济南一号”量子微纳卫星和小型化地面站，为实用化卫星量子通信组网和量子互联网全球部署提供了重要支撑。