12900公里！我国实现上万公里星地量子通信
中国科学技术大学潘建伟、彭承志、廖胜凯等与合作者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。在此基础上，研究团队和南非斯坦陵布什大学科研团队合作，在中国和南非之间相隔12900多公里的距离上建立了量子密钥，完成对图像数据“一次一密”加密和传输。该工作为实用化卫星量子通信组网铺平了道路。3月20日，相关研究成果在线发表于《自然》。
量子微纳卫星“济南一号”星地量子密钥分发实验示意图。中国科大供图
《自然》审稿人称赞该成果是“技术上令人钦佩的成就”，代表了“基于可信节点量子星座提供广域卫星量子密钥分发服务的长足进步”，并“展示了卫星量子密钥分发技术的成熟，代表了实现量子和经典通信卫星星座的里程碑”。《自然》还以“向长距离安全量子通信的现实飞跃”为题配发研究简报进行报道。
通信安全是国家信息安全和经济社会发展的重要基础。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，将大幅提升现有信息系统的安全传输水平。利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，有望实现全球范围的量子保密通信。由于“墨子号”量子卫星无法直接覆盖全球且成本较高，发射多颗低成本量子微纳卫星并实现组网运行，已成为构建高效率、实用化、全球化量子通信网络的迫切需求。
在系列技术突破的基础上，研究团队研制了国际首颗量子微纳卫星“济南一号”，并于2022年7月27日成功发射入轨。研究团队进一步发展了小型化地面站系统，重量低于100公斤，可适应城市、山区、高原等各类环境，原理上已可支撑移动量子通信。
在此次研究工作中，量子微纳卫星“济南一号”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25万至100万比特的安全密钥，平均成码率可达3 千比特每秒。以量子微纳卫星“济南一号”作为可信中继，研究团队进一步实现了地面相距12900公里北京站和南非斯坦陵布什站之间的密钥共享和数据中继。
研究人员介绍，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。
相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08739-z
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