中國科學技術大學潘建偉、彭承志、廖勝凱等與合作者在國際上首次實現量子微納衛星與小型化、可移動地面站之間的實時星地量子密鑰分發，在單次衛星通過期間實現了多達100萬比特的安全密鑰共享。在此基礎上，研究團隊和南非斯坦陵布什大學科研團隊合作，在中國和南非之間相隔12900多公里的距離上建立了量子密鑰，完成對圖像數據“一次一密”加密和傳輸。該工作為實用化衛星量子通信組網鋪平了道路。3月20日，相關研究成果在線發表于《自然》。
量子微納衛星“濟南一號”星地量子密鑰分發實驗示意圖。中國科大供圖
《自然》審稿人稱贊該成果是“技術上令人欽佩的成就”，代表了“基于可信節點量子星座提供廣域衛星量子密鑰分發服務的長足進步”，并“展示了衛星量子密鑰分發技術的成熟，代表了實現量子和經典通信衛星星座的里程碑”。《自然》還以“向長距離安全量子通信的現實飛躍”為題配發研究簡報進行報道。
通信安全是國家信息安全和經濟社會發展的重要基礎。基于量子密鑰分發的量子保密通信是迄今唯一可實現“信息論可證”安全的通信方式，將大幅提升現有信息系統的安全傳輸水平。利用衛星平臺進行自由空間量子密鑰分發，有望實現全球范圍的量子保密通信。由于“墨子號”量子衛星無法直接覆蓋全球且成本較高，發射多顆低成本量子微納衛星并實現組網運行，已成為構建高效率、實用化、全球化量子通信網絡的迫切需求。
在系列技術突破的基礎上，研究團隊研制了國際首顆量子微納衛星“濟南一號”，并于2022年7月27日成功發射入軌。研究團隊進一步發展了小型化地面站系統，重量低于100公斤，可適應城市、山區、高原等各類環境，原理上已可支撐移動量子通信。
在此次研究工作中，量子微納衛星“濟南一號”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25萬至100萬比特的安全密鑰，平均成碼率可達3 千比特每秒。以量子微納衛星“濟南一號”作為可信中繼，研究團隊進一步實現了地面相距12900公里北京站和南非斯坦陵布什站之間的密鑰共享和數據中繼。
研究人員介紹，該研究工作為未來發射多顆微納衛星構建“量子星座”奠定了堅實基礎，不僅為大規模實用化量子通信網絡的建設提供了關鍵技術支撐，更為量子互聯網的全球部署開辟了新的發展路徑。
相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08739-z
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