2022年7月，世界首顆量子微納衛(wèi)星“濟(jì)南一號(hào)”發(fā)射入軌。兩年多時(shí)間過(guò)去了，如今一個(gè)突破性消息傳來(lái)——中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型可移動(dòng)地面站之間的實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)，成功在中國(guó)和南非之間相隔12900多公里的距離上建立量子密鑰，為實(shí)用化衛(wèi)星量子通信組網(wǎng)鋪平了道路。

　　這個(gè)突破意味著，未來(lái)更多類似的“濟(jì)南一號(hào)”，一起組建“量子星座”成為可能。3月19日，新黃河記者專訪濟(jì)南量子技術(shù)研究院副院長(zhǎng)周飛，詳解組建“量子星座”邁過(guò)的那些坎。

　　“九游娛樂會(huì)員有什么福利？”

　　基于量子密鑰分發(fā)的量子保密通信，是迄今唯一可實(shí)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(tái)進(jìn)行自由空間量子密鑰分發(fā)，能夠突破光纖等傳輸限制，實(shí)現(xiàn)全球范圍的量子保密通信。

　　此前，中國(guó)科研人員利用世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，首次實(shí)現(xiàn)了星地量子密鑰分發(fā)。然而，其成本高、覆蓋面有限，科研人員轉(zhuǎn)而嘗試發(fā)射造價(jià)更低、身材更“苗條”的微納衛(wèi)星，通過(guò)多顆組網(wǎng)，構(gòu)建高效率、實(shí)用化、全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　朝著這一目標(biāo)，包括濟(jì)南量子技術(shù)研究院在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)成功突破了低成本小型化誘騙態(tài)量子光源技術(shù)、復(fù)合激光通信的實(shí)時(shí)密鑰提取技術(shù)、基于衛(wèi)星姿控的高精度跟瞄等關(guān)鍵技術(shù)，并完成星載量子密鑰分發(fā)載荷、量子微納衛(wèi)星平臺(tái)研制。

　　一個(gè)是世界首顆量子微納衛(wèi)星，一個(gè)是世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，“濟(jì)南一號(hào)”比前輩“墨子號(hào)”特殊在哪里？

　　周飛介紹，“濟(jì)南一號(hào)”載荷重量約23公斤，部分荷載器件由濟(jì)南量子技術(shù)研究院負(fù)責(zé)研發(fā)。雖然它的重量比“墨子號(hào)”低一個(gè)數(shù)量級(jí)，光源頻率卻提升約6倍，密鑰生成時(shí)效性由數(shù)天時(shí)間完成提高到了單軌實(shí)時(shí)成碼。特別是在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了“濟(jì)南一號(hào)”與小型化、可移動(dòng)地面站之間的實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)，在單次衛(wèi)星通過(guò)期間實(shí)現(xiàn)多達(dá)100萬(wàn)比特的安全密鑰共享。

　　在本次研究工作中，由濟(jì)南量子技術(shù)研究院與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等單位組成研究團(tuán)隊(duì)，“濟(jì)南一號(hào)”量子微納衛(wèi)星與濟(jì)南、合肥、南山、武漢、北京、上海、南非斯泰倫博斯等地面光學(xué)站建立光鏈路，成功實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。

　　“這次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)和南非之間跨越12900公里的全球化量子保密通信實(shí)驗(yàn)工作，可以讓我們更清晰地看到，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們可以將很多像‘濟(jì)南一號(hào)’的量子衛(wèi)星組建量子星座網(wǎng)絡(luò)，這樣我們中國(guó)可以在沒有光纖的環(huán)境下，與世界各地進(jìn)行量子保密通信。”周飛介紹。

　　圖2中國(guó)—南非“一次一密”加密傳輸?shù)膱D片（上圖：長(zhǎng)城照片；下圖：南非斯坦陵布什大學(xué)（Stellenbosch University）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)）

　　該成果在最新一期國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表后，雜志審稿人稱贊這是 “技術(shù)上令人欽佩的成就”，代表了“基于可信節(jié)點(diǎn)量子星座提供廣域衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)服務(wù)的長(zhǎng)足進(jìn)步”，并“展示了衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)技術(shù)的成熟，代表了實(shí)現(xiàn)量子和經(jīng)典通信衛(wèi)星星座的里程碑”。

　　這個(gè)成果為未來(lái)發(fā)射多顆量子微納衛(wèi)星組建“量子星座”奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)——不僅為大規(guī)模實(shí)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。

　　早在2019年，濟(jì)南量子技術(shù)研究院研究團(tuán)隊(duì)就啟動(dòng)了小型化量子通信衛(wèi)星地面站系統(tǒng)項(xiàng)目。2019年12月30日23時(shí)31分至39分，部署在濟(jì)南量子研究院樓頂?shù)男l(wèi)星地面站與“墨子號(hào)”對(duì)接測(cè)試成功，標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)小型化可移動(dòng)量子衛(wèi)星地面站在濟(jì)南建設(shè)完成。

　　此后，科研人員繼續(xù)推動(dòng)量子衛(wèi)星地面站的小型化研究。新黃河記者看到，完成此次實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)的一臺(tái)衛(wèi)星地面站就部署在該研究院的樓頂，重量?jī)H100公斤，而首代地面站重達(dá)13噸。據(jù)介紹，這款新型衛(wèi)星地面站系統(tǒng)適應(yīng)城市、山區(qū)、高原等各類環(huán)境，能夠快速部署，原理上已可支撐移動(dòng)量子通信。

　　“我們和中國(guó)科大一起合作，研制了小型化的可移動(dòng)量子衛(wèi)星地面站，從原來(lái)十幾噸的重量，降低到現(xiàn)在百公斤量級(jí)?！敝茱w說(shuō)，這意味著我們可以把地面站分解，背包式地帶到世界任何地方進(jìn)行組裝，實(shí)現(xiàn)和中國(guó)的量子衛(wèi)星進(jìn)行保密通信。