科技日报记者 王延斌 通讯员 李卓 王今
“该成果在技术上取得了令人钦佩的成就，代表了基于可信节点量子星座提供广域卫星量子密钥分发服务的长足进步，展示了卫星量子密钥分发技术的成熟，代表了实现量子和经典通信卫星星座的里程碑。”这是3月20日，《自然》杂志审稿人针对一项成果的评价。
济南量子技术研究院（以下简称“量子院”）联合中国科学技术大学等单位组成的研究团队，在国际上首次实现“济南一号”微纳量子卫星与小型化、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多达100万比特的安全密钥共享。在此基础上，该联合团队在中非之间12900多公里的距离上建立量子密钥，完成对图像数据“一次一密”的加密和传输。这一成果在线发表于《自然》杂志上。
这不是量子院第一次实现“世界首次”。早在2017年，中国科学技术大学牵头研制、量子院与多家科研机构协同攻关的“墨子号”量子科学实验卫星便在国际上首次实现星地量子密钥分发，并与地面光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”构成首个天地一体化广域量子保密通信网络，充分验证了基于卫星实现全球化量子通信的可行性。
据了解，由于“墨子号”量子卫星无法直接覆盖全球且成本较高，发射多颗低成本微纳量子卫星并实现组网运行，成为构建高效率、实用化、全球化量子通信网络的迫切需求。朝着这一目标，该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关键技术，并完成星载量子密钥分发载荷、量子微纳卫星平台研制。量子微纳卫星载荷重量约23千克，比“墨子号”降低约一个数量级，光源频率提升约6倍，密钥生成时效性由数天时间完成提高到单轨实时成码。2022年7月27日，国际首颗量子微纳卫星“济南一号”成功发射入轨，部分载荷器件由量子院研发。
在业内，量子卫星地面站的小型化是大势所趋。2019年12月30日，部署在量子院楼顶的卫星地面站与“墨子号”对接测试成功，标志着我国首个小型化可移动量子卫星地面站在济南建设完成。完成此次实时星地量子密钥分发的一台卫星地面站就部署在量子院的楼顶，重量仅100千克，而首代地面站重达13吨。这款新型卫星地面站系统能够快速部署，原理上已可支撑移动量子通信。
近年来，济南积极布局量子科技未来产业，济南高新区建设了5.2万平方米的“三楼一体”产业载体，专门支持量子产业发展。截至目前，国内唯一、国际首个量子计算与测量领域标准化技术委员会获批，支撑山东成为世界量子信息标准化的核心阵地；“国家5G应用安全创新推广中心”落地济南，探索量子密钥服务、量子密钥加密带宽服务的商业模式，推进量子通信技术创新和产业生态稳步形成。
