中国科学技术大学研究团队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，并在中国和南非之间相隔12900多公里的距离上，实现了密钥共享和数据中继。国际学术期刊《自然》(Nature)3月20日在线发表了相关研究成果。
南非斯泰伦博斯大学实施南半球首个量子卫星链路。微型卫星济南一号发射于低地球轨道，通过安装在斯泰伦博斯大学工程大楼屋顶上的便携式地面站传输安全密钥。实验于 2024 年 10 月进行。图片来源：Ignus Dreyer
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。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。
中国科学技术大学潘建伟、彭承志、廖胜凯等科研人员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。例如，在“星”方面，突破系列关键技术，研制出国际首颗量子微纳卫星“济南一号”；在“地”方面，进一步发展了小型化地面站系统，大幅降低重量便于快速部署。
南非斯泰伦博斯大学物理系量子物理学家 Yaseera Ismail 博士领导了该项目的南非团队。图片来源：Stefan Els
在本研究工作中，量子微纳卫星与济南、合肥、北京、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；并以卫星作为可信中继，研究团队进一步实现了地面北京站和南非斯泰伦博斯站之间的密钥共享和数据中继。
该研究工作为未来发射多颗微纳卫星构建“量子星座”奠定坚实基础，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新的发展路径。
《自然》杂志审稿人认为该成果“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”。
