地面基站從13噸“減重”到約100千克，可快速部署到城市、山區(qū)、高原等不同環(huán)境；衛(wèi)星載荷比“墨子號(hào)”輕了10倍左右，光源頻率提升約6倍，密鑰生成實(shí)現(xiàn)單軌實(shí)時(shí)成碼——由我國(guó)多個(gè)科研單位組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在原理上實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)量子通信的支撐。

     3月20日凌晨，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了這一量子通信領(lǐng)域的重要成果：在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型化、可移動(dòng)地面站之間的實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)，在單次衛(wèi)星通過(guò)期間實(shí)現(xiàn)了多達(dá)100萬(wàn)比特的安全密鑰共享。

    在此基礎(chǔ)上，該科研團(tuán)隊(duì)還與南非斯坦陵布什大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作，在中國(guó)和南非相隔約1.29萬(wàn)公里的距離之間建立了量子密鑰，完成對(duì)圖像數(shù)據(jù)“一次一密”加密和傳輸。該工作為實(shí)用化衛(wèi)星量子通信組網(wǎng)鋪平了道路。

    開(kāi)創(chuàng)性突破打造量子微納衛(wèi)星

    這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、彭承志、廖勝凱等，聯(lián)合濟(jì)南量子技術(shù)研究院、中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等單位組成。

    基于量子密鑰分發(fā)的量子保密通信是迄今唯一可實(shí)現(xiàn)“信息論可證”安全的通信方式。目前，基于光纖鏈路的城域城際量子通信已發(fā)展成熟并初步得以應(yīng)用。利用衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行自由空間量子密鑰分發(fā)，能夠更有效實(shí)現(xiàn)全球范圍的量子保密通信。

    自“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)星地量子密鑰分發(fā)以來(lái)，我國(guó)在星地量子通信方面取得了一系列開(kāi)創(chuàng)性突破，并于數(shù)年前提出發(fā)射多顆低成本量子微納衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)運(yùn)行，以構(gòu)建高效率、實(shí)用化、全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)。

                                           量子微納衛(wèi)星“濟(jì)南一號(hào)”星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)示意圖

     圍繞這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)成功突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，完成星載量子密鑰分發(fā)載荷、量子微納衛(wèi)星平臺(tái)研制，不僅基站和星載載荷大幅減重，而且光源頻率提升約6倍，密鑰生成時(shí)效性由數(shù)天時(shí)間完成提高到單軌實(shí)時(shí)成碼。

     2022年7月27日，團(tuán)隊(duì)研制的國(guó)際首顆量子微納衛(wèi)星“濟(jì)南一號(hào)”成功發(fā)射入軌。

     低成本高效“量子星座”鋪平道路

     這一次，該衛(wèi)星與濟(jì)南、合肥、南山、武漢、北京、上海、南非斯坦陵布什等地面光學(xué)站建立光鏈路，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)——星載量子誘騙態(tài)光源平均每秒發(fā)送2.5億個(gè)信號(hào)光子，結(jié)合上下行光通信實(shí)現(xiàn)密鑰的實(shí)時(shí)提取，一次過(guò)軌對(duì)接實(shí)驗(yàn)可生成百萬(wàn)比特的安全密鑰。

    以衛(wèi)星作為可信中繼，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了地面相距1.29萬(wàn)千米北京站和南非斯泰倫博斯站之間的密鑰共享和數(shù)據(jù)中繼。

中國(guó)-南非“一次一密”加密傳輸?shù)膱D片（左圖：長(zhǎng)城照片；右圖：南非斯坦陵布什大學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)）

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     該研究工作為未來(lái)發(fā)射多顆微納衛(wèi)星構(gòu)建“量子星座”奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，不僅為大規(guī)模實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，更為量子互聯(lián)網(wǎng)的全球部署開(kāi)辟了新的發(fā)展路徑。

    《自然》雜志審稿人稱贊該成果取得了“技術(shù)上令人欽佩的成就”，代表了“基于可信節(jié)點(diǎn)量子星座提供廣域衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)服務(wù)的長(zhǎng)足進(jìn)步”，并“展示了衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)技術(shù)的成熟，代表了實(shí)現(xiàn)量子和經(jīng)典通信衛(wèi)星星座的里程碑”。

      轉(zhuǎn)載自：上觀