記者3月20日從中國科學技術(shù)大學了解到，學校潘建偉、彭承志、廖勝凱等與國內(nèi)外多個科研團隊合作，在國際上首次實現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型化、可移動地面站之間的實時星地量子密鑰分發(fā)，在單次衛(wèi)星通過期間實現(xiàn)了多達100萬比特的安全密鑰共享，并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(shù)據(jù)“一次一密”加密和傳輸，為實用化衛(wèi)星量子通信組網(wǎng)鋪平了道路。
星地量子密鑰分發(fā)實驗示意圖。(受訪單位供圖)
基于量子密鑰分發(fā)的量子保密通信是迄今唯一可實現(xiàn)“信息論可證”安全性的通信方式，將大幅提升現(xiàn)有信息系統(tǒng)的信息安全傳輸水平。利用衛(wèi)星平臺進行自由空間量子密鑰分發(fā)，能夠突破光纖等傳輸限制，實現(xiàn)全球范圍的量子保密通信。
此前中國科研人員利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星首次實現(xiàn)了星地量子密鑰分發(fā)，然而其成本高、覆蓋面有限。科研人員嘗試發(fā)射造價更低、身材更“苗條”的微納衛(wèi)星，多顆組網(wǎng)構(gòu)建高效率、實用化、全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)。
2022年7月，中國發(fā)射國際首顆量子微納衛(wèi)星。“這顆微納衛(wèi)星的成本只有‘墨子號’的二十分之一，衛(wèi)星自重、載荷重量也降低約一個數(shù)量級，但光源頻率提升約6倍。”廖勝凱說，研究團隊同時升級了小巧輕便的地面站系統(tǒng)。
此次，量子微納衛(wèi)星與中國濟南、合肥、武漢、北京、上海以及南非的斯泰倫博斯等地面光學站建立光鏈路，實現(xiàn)實時星地量子密鑰分發(fā)實驗。以衛(wèi)星作為可信中繼，研究團隊進一步實現(xiàn)了地面相距12900多公里的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。
這一研究工作為未來發(fā)射多顆微納衛(wèi)星構(gòu)建“量子星座”奠定了堅實基礎(chǔ)，不僅為大規(guī)模實用化量子通信網(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)的全球部署開辟了新的發(fā)展路徑。
3月20日，國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》雜志在線發(fā)表了這一成果，審稿人稱贊此成果是“技術(shù)上令人欽佩的成就”“展示了衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)技術(shù)的成熟”。
