中國金宝搏入口188首次實現量子微納衛星與可移動地面站間的實時星地量子密鑰分發
188bet足球潘建偉、彭承(cheng)志(zhi)、廖勝凱等，聯合濟南(nan)量子(zi)(zi)(zi)技(ji)術研(yan)究院、中(zhong)國(guo)科學院上(shang)海技(ji)術物理研(yan)究所、微(wei)小衛星(xing)創(chuang)新研(yan)究院等單位組(zu)成(cheng)的研(yan)究團隊，在國(guo)際上(shang)首次(ci)實(shi)現量子(zi)(zi)(zi)微(wei)納衛星(xing)與(yu)小型化、可移動地面站之間(jian)(jian)的實(shi)時(shi)星(xing)地量子(zi)(zi)(zi)密(mi)(mi)鑰(yao)分發，在單次(ci)衛星(xing)通過(guo)期間(jian)(jian)實(shi)現了(le)多(duo)達(da)1百萬比特的安(an)全密(mi)(mi)鑰(yao)共享。在此基礎上(shang)，聯合團隊和南(nan)非斯(si)坦陵布什（Stellenbosch）大學科研(yan)團隊合作，在中(zhong)國(guo)和南(nan)非之間(jian)(jian)相(xiang)隔12900多(duo)公里的距離(li)上(shang)建立(li)了(le)量子(zi)(zi)(zi)密(mi)(mi)鑰(yao)，完成(cheng)對圖像數(shu)據“一次(ci)一密(mi)(mi)”加密(mi)(mi)和傳輸(shu)。該(gai)工作為實(shi)用(yong)化衛星(xing)量子(zi)(zi)(zi)通信組(zu)網(wang)鋪平了(le)道路。相(xiang)關(guan)研(yan)究成(cheng)果于2025年3月20日(ri)在線發表(biao)在國(guo)際學術期刊《自然(ran)》雜志(zhi)上(shang)。
通(tong)(tong)信安(an)全(quan)(quan)是國家信息(xi)安(an)全(quan)(quan)和(he)經濟(ji)社會發(fa)展的(de)(de)(de)(de)重要基礎。基于(yu)量子(zi)(zi)密鑰(yao)分(fen)發(fa)的(de)(de)(de)(de)量子(zi)(zi)保密通(tong)(tong)信是迄今唯一(yi)可實(shi)(shi)現“信息(xi)論可證”安(an)全(quan)(quan)的(de)(de)(de)(de)通(tong)(tong)信方式，將大(da)幅提(ti)升現有(you)信息(xi)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)安(an)全(quan)(quan)傳輸水平。目前，基于(yu)光(guang)纖鏈路的(de)(de)(de)(de)城(cheng)域城(cheng)際量子(zi)(zi)通(tong)(tong)信已發(fa)展成(cheng)熟并初步得以(yi)應用(yong)。為實(shi)(shi)現遠距離乃至全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)化(hua)的(de)(de)(de)(de)量子(zi)(zi)保密通(tong)(tong)信，需要克(ke)(ke)服(fu)(fu)光(guang)纖存(cun)在的(de)(de)(de)(de)固(gu)有(you)損耗以(yi)及(ji)難以(yi)覆(fu)蓋全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)。利用(yong)衛星平臺(tai)進行(xing)自由空間量子(zi)(zi)密鑰(yao)分(fen)發(fa)，能夠有(you)效克(ke)(ke)服(fu)(fu)這些限制，實(shi)(shi)現全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)量子(zi)(zi)保密通(tong)(tong)信。
中(zhong)國金宝搏入口188與(yu)(yu)多家科研(yan)(yan)機構協同攻關，在星地(di)量(liang)(liang)子(zi)(zi)通(tong)信方面開(kai)(kai)展(zhan)了(le)一(yi)系列開(kai)(kai)創性研(yan)(yan)究。中(zhong)國金宝搏入口188牽頭(tou)研(yan)(yan)制的“墨子(zi)(zi)號(hao)”量(liang)(liang)子(zi)(zi)科學實(shi)(shi)(shi)驗衛星在國際上(shang)首次實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)了(le)星地(di)量(liang)(liang)子(zi)(zi)密(mi)鑰分發，并與(yu)(yu)地(di)面光纖(xian)量(liang)(liang)子(zi)(zi)保密(mi)通(tong)信骨干網“京滬干線”構成(cheng)(cheng)(cheng)首個天地(di)一(yi)體(ti)化廣(guang)域量(liang)(liang)子(zi)(zi)保密(mi)通(tong)信網絡(luo)，充(chong)分驗證了(le)基于衛星實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)全(quan)(quan)球(qiu)化量(liang)(liang)子(zi)(zi)通(tong)信的可行(xing)性。由于“墨子(zi)(zi)號(hao)”量(liang)(liang)子(zi)(zi)衛星無法(fa)直接覆蓋全(quan)(quan)球(qiu)且成(cheng)(cheng)(cheng)本較高(gao)，發射(she)多顆低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)本量(liang)(liang)子(zi)(zi)微納衛星并實(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)組網運行(xing)，已成(cheng)(cheng)(cheng)為構建高(gao)效率(lv)、實(shi)(shi)(shi)用化、全(quan)(quan)球(qiu)化量(liang)(liang)子(zi)(zi)通(tong)信網絡(luo)的迫(po)切需求。
朝向這一(yi)目標(biao)，研(yan)(yan)究團隊(dui)成(cheng)(cheng)功(gong)(gong)突破了(le)(le)(le)低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)小型化誘騙態量(liang)子光源技術(shu)、復合激光通信(xin)的(de)(de)(de)實(shi)時(shi)密鑰(yao)提(ti)取技術(shu)、基(ji)(ji)于(yu)(yu)(yu)衛(wei)(wei)星姿控(kong)的(de)(de)(de)高精度跟瞄(miao)等關(guan)鍵(jian)技術(shu)，完成(cheng)(cheng)星載(zai)(zai)量(liang)子密鑰(yao)分發載(zai)(zai)荷、量(liang)子微納衛(wei)(wei)星平臺研(yan)(yan)制，載(zai)(zai)荷重量(liang)約(yue)23kg，相(xiang)比(bi)“墨(mo)子號(hao)”降低(di)約(yue)一(yi)個數量(liang)級，光源頻率提(ti)升約(yue)6倍，密鑰(yao)生成(cheng)(cheng)時(shi)效性(xing)由數天時(shi)間完成(cheng)(cheng)提(ti)高到(dao)單軌(gui)實(shi)時(shi)成(cheng)(cheng)碼。在系(xi)列技術(shu)突破的(de)(de)(de)基(ji)(ji)礎上(shang)，團隊(dui)研(yan)(yan)制的(de)(de)(de)國際首顆量(liang)子微納衛(wei)(wei)星“濟南一(yi)號(hao)”于(yu)(yu)(yu)2022年7月27日成(cheng)(cheng)功(gong)(gong)發射(she)入軌(gui)。研(yan)(yan)究團隊(dui)進一(yi)步發展了(le)(le)(le)小型化地面(mian)站系(xi)統，相(xiang)對(dui)第(di)一(yi)代重約(yue)13噸的(de)(de)(de)地面(mian)站，重量(liang)降低(di)了(le)(le)(le)約(yue)兩個數量(liang)級達到(dao)低(di)于(yu)(yu)(yu)100kg的(de)(de)(de)水(shui)平，能夠快速(su)部署，可(ke)適應城市、山區、高原等各類環境，原理上(shang)已可(ke)支(zhi)撐移動量(liang)子通信(xin)。
在本研究工作中，量子微納衛星與濟南、合肥、南山、武漢、北京、上海、南非斯坦陵布什等地面光學站建立光鏈路，實現實時星地量子密鑰分發實驗。星載量子誘騙態光源平均每秒發送2.5億個信號光子，結合上下行光通信實現密鑰的實時提取，一次過軌對接實驗可生成250kbits-1Mbits的安全密鑰，平均成碼率可達3kbps。以衛星作為可信中繼，研究團隊進一步實現了地面相距12900km北京站和南非斯坦陵布什站之間(jian)的密鑰共享和數據中繼(ji)。
圖(tu)1 量(liang)子(zi)微納衛星“濟南一號”星地量(liang)子(zi)密鑰分發實(shi)驗示意圖(tu)
圖2 中國-南非“一次一密”加密傳輸的圖片（上圖：長城照片；下圖：南非斯坦陵布什大學實(shi)驗現場）
該研究工作為(wei)未來發(fa)射多(duo)顆(ke)微納(na)衛星構建“量子(zi)星座”奠定(ding)了堅實基礎，不僅為(wei)大(da)規模實用化(hua)量子(zi)通信網絡(luo)的建設(she)提供了關鍵技術支撐，更(geng)為(wei)量子(zi)互聯網的全(quan)球部(bu)署開辟了新(xin)的發(fa)展路徑。
《自然》雜志(zhi)審(shen)稿人稱贊該成(cheng)果是“技術(shu)上令人欽佩的成(cheng)就（a technically impressive achievement）”，代(dai)表了(le)(le)“基于可信(xin)(xin)節(jie)點量子(zi)(zi)(zi)星座(zuo)提供廣域衛(wei)星量子(zi)(zi)(zi)密鑰(yao)分發(fa)(fa)服務的長足進(jin)步（represents considerable progress towards trusted-node constellations for wide-spread satellite QKD services）”，并“展示了(le)(le)衛(wei)星量子(zi)(zi)(zi)密鑰(yao)分發(fa)(fa)技術(shu)的成(cheng)熟，代(dai)表了(le)(le)實現(xian)量子(zi)(zi)(zi)和(he)經(jing)典通信(xin)(xin)衛(wei)星星座(zuo)的里程碑(bei)（shows the maturity of the satellite QKD technology and it represents a milestone for the realization of a satellite-constellation for quantum and classical communication）”。《自然》雜志(zhi)還以“向長距離安全量子(zi)(zi)(zi)通信(xin)(xin)的現(xian)實飛(fei)躍（A practical leap towards secure quantum communication over long distances）”為題配發(fa)(fa)研究簡(jian)報(bao)（Research Briefing）進(jin)行報(bao)道(dao)，《自然》播客(ke)（Nature Podcast）、著名科學雜志(zhi)英國《新科學家》（New Scientist）等也對(dui)該工作進(jin)行了(le)(le)專題報(bao)道(dao)。
該(gai)研究(jiu)工作得到了(le)科(ke)技部、中(zhong)國科(ke)學院(yuan)、國家(jia)自然科(ke)學基金委、安徽(hui)省(sheng)、山(shan)東省(sheng)、上海市(shi)等的支持。
論文鏈接：//www.nature.com/articles/s41586-025-08739-z
（合肥微尺度物質科(ke)學國(guo)家(jia)研(yan)(yan)究中心(xin)、物理學院(yuan)、中國(guo)科(ke)學院(yuan)量(liang)子(zi)信息(xi)與量(liang)子(zi)科(ke)技創新研(yan)(yan)究院(yuan)、科(ke)研(yan)(yan)部）
