相隔一萬多公里，如何分發量子密鑰

近日，中國科學技術大學潘建偉、彭承志、廖勝凱等聯合濟南量子技術研究院、中國科學院上海技術物理研究所、微小衞星創新研究院等單位組成的研究團隊，在國際上首次實現量子微納衞星與小型化、可移動地面站之間的即時星地量子密鑰分發，在單次衞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，聯合團隊和南非科研團隊合作，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，為實用化衞星量子通信組網鋪平了道路。這一成果在國際期刊《自然》在線發表，審稿人稱此成果是“技術上令人欽佩的成就”“展示了衞星量子密鑰分發技術的成熟”。

目前，基於光纖鏈路的城域城際量子通信已發展成熟並初步得以應用。“地面的光纖鏈路，相當於通過地面光纖互聯點到點，像合肥城域網、京滬幹線，都是點到點距離百公里級別，並通過中繼擴展到千公里級別。跨沙漠、跨海洋等距離更遠、地貌更復雜的情況，很難通過地面光纖設施實現。”中國科大合肥微尺度物質科學國家研究中心教授級高級工程師廖勝凱説。

從天空走呢？廖勝凱介紹，利用衞星平台進行自由空間量子密鑰分發，可有效克服地面光纖鏈路限制。研究團隊成功突破了低成本小型化誘騙態量子光源技術、複合激光通信的即時密鑰提取技術、基於衞星姿控的高精度跟瞄等關鍵技術，完成星載量子密鑰分發載荷、量子微納衞星平台研製，密鑰生成時效性由數天時間完成提高到單軌即時成碼。

以衞星作為可信中繼，研究團隊進一步實現了地面相距12900多公里的北京站和南非斯坦陵布什站之間的密鑰共享和數據中繼。該研究工作為未來發射多顆微納衞星構建“量子星座”奠定基礎，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。

“量子通信未來的初步應用主要在加強信息安全方面，尤其是‘一次一密’的加密方式，再強大的計算機也無法破解，金融、能源等行業對此有迫切需求。下一步，需要與經典的信息安全系統和現存的地面光纖保密通信網絡進行融合，未來通過發射多顆衞星形成網絡，量子通信的價值和優勢將進一步展現。”廖勝凱説。