国际首次！我国实现星地量子密钥分发新突破

3月20日消息，今日，中国科学技术大学宣布，中国科研团队在国际上首次实现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了多达100万比特的安全密钥共享。

并在中国和南非之间相隔12900多公里的距离上成功建立量子密钥，完成对图像数据“一次一密”加密和传输，为实用化卫星量子通信组网铺平了道路。

这项工作由中国科学技术大学学者潘建伟、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共同完成。

今天凌晨，国际学术期刊《自然》杂志在线发表了该研究成果，杂志审稿人称赞该成果是“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，代表了实现量子和经典通信卫星星座的里程碑。”

此前，中国科学技术大学牵头研制的“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，因此发射多颗低成本微纳量子卫星并实现组网运行是构建高效率、实用化、全球化量子通信网络的迫切需求。

量子微纳卫星“济南一号”星地量子密钥分发实验示意图

为了实现这一目标，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，完成了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”重量轻10倍，但光源频率却提升了约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。

在此基础上，研究团队进一步发展了小型化地面站系统，该系统重量从第一代地面站的重约13吨降低到了现在约100kg的水平，不仅能够快速部署，还可以适应城市、山区、高原等各类环境，原理上已可支撑移动量子通信。

据介绍，在本研究工作中，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12900km北京站和南非斯泰伦博斯站之间的密钥共享和数据中继。

据悉，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，能够有效克服光纤存在的固有损耗以及难以覆盖全球等限制，实现全球范围的量子保密通信。