中国实现星地量子密钥分发新突破，为量子通信组网铺平道路

2025-03-20 13:10

3月20日消息，中国科学技术大学今天凌晨宣布，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，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

▲ 量子微纳卫星“济南一号”星地量子密钥分发实验示意图
在此基础上，联合团队和南非斯坦陵布什（Stellenbosch）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。相关研究成果于 2025 年 3 月 20 日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。
IT之家从官方介绍获悉，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。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以应用。为实现远距离乃至全球化的量子保密通信，需要克服光纤存在的固有损耗以及难以覆盖全球的问题。利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，能够有效克服这些限制，实现全球范围的量子保密通信。
中国科大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。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，并与地面光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”构成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。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。
朝向这一目标，研究团队成功突破了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关键技术，完成星载量子密钥分发载荷、量子微纳卫星平台研制，载荷重量约 23kg，相比“墨子号”降低约一个数量级，光源频率提升约 6 倍，密钥生成时效

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