中国科学技术大学的研究团队在量子通信领域取得了重大突破。由该校的潘建伟、彭承志、廖胜凯等科学家领导，携手济南量子技术研究院、中国科学院上海技术物理研究所及微小卫星创新研究院等单位的联合团队，成功实现了量子微纳卫星与小型化、便携式地面站之间的实时星地量子密钥分发。
这一创新成果标志着，在一次卫星过境期间，研究团队成功共享了多达1百万比特的安全密钥。这一技术突破不仅展示了量子通信技术的巨大潜力，更为构建全球化的量子通信网络奠定了坚实基础。
在上述研究的基础上，该联合团队还与南非斯坦陵布什大学的科研团队携手，跨越12900多公里的距离，在中国与南非之间建立了量子密钥，并成功实现了对图像数据的“一次一密”加密传输。这一成就进一步验证了量子通信技术在实际应用中的可行性和可靠性。
量子通信以其独特的安全性，被视为提升国家信息安全和经济社会发展水平的关键技术。基于量子密钥分发的量子保密通信，是目前唯一能够实现“信息论可证”安全的通信方式。然而，要实现远距离乃至全球化的量子保密通信，必须克服光纤损耗和覆盖范围的限制。利用卫星平台进行自由空间量子密钥分发，成为了解决这一难题的有效途径。
中国科学技术大学在此领域的研究历史深远。此前，由该校牵头研制的“墨子号”量子科学实验卫星，已在全球首次实现了星地量子密钥分发，并与地面光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”共同构成了首个天地一体化广域量子保密通信网络。然而，“墨子号”量子卫星无法直接覆盖全球且成本高昂，因此发射多颗低成本量子微纳卫星并实现组网运行，成为了构建高效、实用、全球化量子通信网络的迫切需求。
为了满足这一需求，研究团队在关键技术上取得了重大突破。他们成功研发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，以及基于卫星姿控的高精度跟瞄技术。在此基础上，他们完成了星载量子密钥分发载荷和量子微纳卫星平台的研制工作。载荷重量仅为约23公斤，相比“墨子号”降低了约一个数量级，光源频率则提升了约6倍，密钥生成的时效性也得到了显著提高。
2022年7月27日，团队研制的国际首颗量子微纳卫星“济南一号”成功发射入轨。随后，研究团队进一步发展了小型化地面站系统，重量降低至低于100公斤的水平，能够快速部署并适应各种环境。这一系统原理上已能够支持移动量子通信。
在本研究中，量子微纳卫星与济南、合肥、南山、武汉、北京、上海以及南非斯坦陵布什等地的地面光学站建立了光链路，并成功实现了实时星地量子密钥分发实验。星载量子诱骗态光源每秒发送约2.5亿个信号光子，结合上下行光通信实现密钥的实时提取。一次过轨对接实验即可生成250kbits至1Mbits的安全密钥，平均成码率可达3kbps。
以卫星作为可信中继，研究团队还成功实现了地面相距12900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。这一研究成果不仅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，更为量子互联网的全球部署开辟了新的发展路径。
