中國科學技術大學研究團隊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即時星地量子密鑰分發，並在中國和南非之間相隔12900多公里的距離上，實現了密鑰共享和數據中繼。國際學術期刊《自然》(Nature)3月20日在線發表了相關研究成果。

南非斯泰倫博斯大學實施南半球首個量子衛星連結。微型衛星濟南一號發射於低地球軌道，透過安裝在斯泰倫博斯大學工程大樓屋頂上的便攜式地面站傳輸安全金鑰。實驗於2024 年10 月進行。圖片來源：Ignus Dreyer

基於量子金鑰分發的量子保密通訊是迄今唯一可實現「資訊理論可證」安全的通訊方式。目前，基於光纖鏈路的城域城際量子通訊已發展成熟並初步得以應用。為實現遠距離乃至全球化的量子保密通信，需要克服光纖存在的固有損耗以及難以覆蓋全球的問題。

中國科學技術大學潘建偉、彭承志、廖勝凱等科研人員與多家科研機構協同攻關，在星地量子通訊方面進行了一系列開創性研究。例如，在「星星」方面，突破系列關鍵技術，發展出國際首顆量子微納衛星「濟南一號」；在「地」方面，進一步發展了小型化地面站系統，大幅降低重量便於快速部署。

南非斯泰倫博斯大學物理系量子物理學家Yaseera Ismail 博士領導了該計畫的南非團隊。圖片來源：Stefan Els

在本研究工作中，量子微納衛星與濟南、合肥、北京、南非斯泰倫博斯等地面光學站建立光鏈路，實現即時星地量子金鑰分發實驗。星載量子誘騙態光源平均每秒發送2.5億個訊號光子，結合上下行光通訊實現密鑰的即時提取；並以衛星作為可信中繼，研究團隊進一步實現了地面北京站和南非斯泰倫博斯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衛星建構「量子星座」奠定堅實基礎，不僅為大規模實用化量子通訊網路的建設提供了關鍵技術支撐，更為量子網路的全球部署開闢新的發展路徑。

《自然》雜誌審查者認為該成果「展示了衛星量子金鑰分發技術的成熟，代表了實現量子和經典通訊衛星星座的里程碑」。