近日，中国科学技术大学宣布了一项重大科研突破，由该校潘建伟、彭承志、廖胜凯等科学家领导的团队，携手济南量子技术研究院、中国科学院上海技术物理研究所及微小卫星创新研究院等机构，在国际舞台上首次成功实现了量子微纳卫星与便携式地面站之间的实时量子密钥分发。这一里程碑式的成就，标志着在卫星单次通过期间，双方能够共享高达1百万比特的安全密钥。
量子微纳卫星“济南一号”在此次实验中发挥了关键作用，其星地量子密钥分发实验的示意图揭示了这一创新技术的核心。更令人瞩目的是，研究团队不仅在国内取得了这一突破，还与南非斯坦陵布什大学的科研团队合作，跨越了12900多公里的距离，成功建立了量子密钥，并对图像数据进行了“一次一密”的加密传输。这一成果不仅为未来卫星量子通信网络的实用化铺平了道路，还于近日在国际权威学术期刊《自然》杂志上发表。
通信安全作为国家安全和社会发展的基石，一直备受关注。量子保密通信，尤其是基于量子密钥分发的通信方式，是目前唯一能够实现“信息论可证”安全的通信手段，为提升现有信息系统的安全传输水平提供了前所未有的机遇。尽管基于光纤链路的量子通信已在城域和城际范围内发展成熟并初步应用，但要实现远距离乃至全球化的量子保密通信，仍需克服光纤损耗和覆盖范围的限制。卫星平台的引入，为自由空间量子密钥分发提供了解决方案，使得全球范围的量子保密通信成为可能。
中国科学技术大学及其合作伙伴在星地量子通信领域的研究由来已久，其中“墨子号”量子科学实验卫星的成功发射和运营，更是开创了星地量子密钥分发的先河。然而，“墨子号”的覆盖范围有限且成本高昂，因此发射低成本、可组网的量子微纳卫星成为构建高效、实用、全球化量子通信网络的迫切需求。为此，研究团队攻克了一系列关键技术，成功研制出重量仅为23公斤的星载量子密钥分发载荷，相比“墨子号”降低了约一个数量级，光源频率则提升了约6倍，实现了单轨实时成码，大幅提高了密钥生成的时效性。
在此基础上，团队成功发射了国际首颗量子微纳卫星“济南一号”，并进一步发展了小型化地面站系统。这一系统重量不到100公斤，能够快速部署，适应各种环境，包括城市、山区和高原等，原理上已支持移动量子通信。在实验中，“济南一号”与多个地面光学站建立了光链路，实现了实时星地量子密钥分发。星载量子诱骗态光源每秒发送2.5亿个信号光子，结合上下行光通信，实现了密钥的实时提取，一次过轨对接实验可生成250kbits至1Mbits的安全密钥，平均成码率可达3kbps。
研究团队还利用卫星作为可信中继，实现了地面相距12900公里的北京站和南非斯坦陵布什站之间的密钥共享和数据中继。这一研究成果不仅为未来发射多颗微纳卫星构建“量子星座”奠定了坚实基础，还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，为量子互联网的全球部署开辟了新的发展路径。
