3月20日，中国科学技术大学宣布的一条消息振奋人心：潘建伟院士领衔的联合团队实现上万公里级的星地量子通信，不仅在国际上首次实现了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，更是在中国和南非之间相隔1.29万多公里的距离上成功完成量子保密通信。

　　著名学术期刊《自然》不仅刊发了这项最前沿的科研成果，还专门以《向长距离安全量子通信的现实飞跃》为题配发研究简报进行报道。

　　基于量子密钥分发的量子保密通信，是迄今唯一可实现“信息论可证”安全的通信方式。因为紧密关联国家信息安全和经济社会发展，因此量子通信成为当今量子信息科技的三大应用方向之一。

　　目前，以“京沪干线”为代表的光纤链路城域、城际量子通信已发展成熟并初步得以应用。但是要想实现远距离乃至全球化的量子保密通信，就需要克服光纤存在的固有损耗以及难以覆盖全球的问题。

　　在此之下，利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，能够有效克服这些限制，实现全球范围的量子保密通信。

　　2021年1月，中国科学技术大学宣布，在“京沪干线”与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上，将700多条地面光纤链路和两个卫星对地自由空间链路集成为广域量子通信网，成功实现了跨越4600公里的“星地一体”量子密钥分发。世界上首个天地一体化广域量子通信网的雏形就此形成。

　　但由于“墨子号”量子卫星无法直接覆盖全球且成本较高，4年多来，科学家们一直为构建更为高效率、实用化、全球化量子通信网络而努力。发射多颗低成本量子微纳卫星并实现组网运行成为迫切需求。

　　3月20日，中国科大官宣此项最新成果时配发了两张很有意思的照片：一张是中国长城的照片，一张是南非斯坦陵布什大学实验现场。这两张颇具代表意义的照片经过“一次一密”加密传输，分别从中国和南非发出，完美地被传送到南非和中国，验证了实验的成功。

　　每次通信都使用不同密钥加密，用完这套密钥就立即销毁，这种“一次一密”的量子加密方式最大程度上确保了通信内容的安全。

　　而实现这份安全的就是本次科研成果的两大主角：量子微纳卫星和小型化可移动地面站。

　　这次用于密钥分发的“济南一号”是一颗量子微纳卫星，它又轻又小，载荷重量只有23公斤，比“墨子号”要轻了10倍，但光源的频率却提高了6倍。“瘦身”成功的卫星降低了研究成本和发射成本，为组网运行带来更大可能。kaiyun中国网页版登录

　　据了解，为实现这一目标，研究团队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一系列关键技术。

　　量子卫星地面站是与量子卫星跟瞄、kaiyun中国网页版登录对接的伙伴，是实现“星地一体”量子通信的重要设备。两者之间实现成功通信的难度非常高。如果把光量子看成一个个1元硬币，星地量子通信就相当于要从在万米高空飞行的飞机上，不断把上亿枚硬币发射到地面上的一个不断旋转的储蓄罐上，不但要求这枚硬币击中这个储蓄罐，而且要使得硬币能够准确地射入储蓄罐细长的投币口，并且硬币要源源不断地进入储蓄罐内。

　　此次完成通信的小型化地面站系统，相对第一代重约13吨的地面站，重量降低到100千克的水平，体积也显著缩小，能够快速部署，可适应城市、山区、高原等各类环境，让移动量子通信变为可能。

　　当前，我国正在计划构建由高、中、低轨道卫星组成的“量子星座”。一方面加速量子通信实用化进程，另一方面探索更具颠覆性的前沿领域。

　　“量子星座”的首星正是前面提到的“济南一号”，它也是世界首颗量子微纳卫星，于2022年成功升空。后续预计发射两到三颗低轨道卫星，它们将与2027年前后发射的1万公里级的高轨量子卫星组成星座，并与基于光纤的量子保密通信网络结合，提供全球量子网络服务。