相隔一万多公里，如何分发量子密钥

近日，中国科学技术大学潘建伟、彭承志、廖胜凯等联合济南量子技术研究院、中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院等单位组成的研究团队，在国际上首次实现量子微纳卫星与小型化、可移动地面站之间的实时星地量子密钥分发，在单次卫星通过期间实现了多达100万比特的安全密钥共享。在此基础上，联合团队和南非科研团队合作，在中国和南非之间相隔12900多公里的距离上建立了量子密钥，完成对图像数据“一次一密”加密和传输，为实用化卫星量子通信组网铺平了道路。这一成果在国际期刊《自然》在线发表，审稿人称此成果是“技术上令人钦佩的成就”“展示了卫星量子密钥分发技术的成熟”。

目前，基于光纤链路的城域城际量子通信已发展成熟并初步得以应用。“地面的光纤链路，相当于通过地面光纤互联点到点，像合肥城域网、京沪干线，都是点到点距离百公里级别，并通过中继扩展到千公里级别。跨沙漠、跨海洋等距离更远、地貌更复杂的情况，很难通过地面光纤设施实现。”中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心教授级高级工程师廖胜凯说。

从天空走呢？廖胜凯介绍，利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，可有效克服地面光纤链路限制。研究团队成功突破了低成本小型化诱骗态量子光源技术、复合激光通信的实时密钥提取技术、基于卫星姿控的高精度跟瞄等关键技术，完成星载量子密钥分发载荷、量子微纳卫星平台研制，密钥生成时效性由数天时间完成提高到单轨实时成码。

以卫星作为可信中继，研究团队进一步实现了地面相距12900多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。该研究工作为未来发射多颗微纳卫星构建“量子星座”奠定基础，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。

“量子通信未来的初步应用主要在加强信息安全方面，尤其是‘一次一密’的加密方式，再强大的计算机也无法破解，金融、能源等行业对此有迫切需求。下一步，需要与经典的信息安全系统和现存的地面光纤保密通信网络进行融合，未来通过发射多颗卫星形成网络，量子通信的价值和优势将进一步展现。”廖胜凯说。