近日，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院和科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司等單位組成的團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)空對(duì)地安全通信取得了重要突破。該團(tuán)隊(duì)通過技術(shù)創(chuàng)新將量子衛(wèi)星的重量大幅縮減至23公斤，成功開發(fā)了名為“濟(jì)南一號(hào)”的微型衛(wèi)星，這不僅減輕了衛(wèi)星的負(fù)擔(dān)，還通過其便攜式地面站實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的空對(duì)地安全通信，為構(gòu)建全球量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。

　　“新手如何快速上手九游娛樂？”

　　“濟(jì)南一號(hào)”于2022年7月被發(fā)射到500公里的太陽同步軌道上，這一里程碑事件標(biāo)志著量子通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用方面取得了顯著進(jìn)展。在軌道上，“濟(jì)南一號(hào)”展示了其卓越的能力，能夠在空間站和地面站之間安全地共享量子密鑰，證明了量子通信在保障信息傳輸安全方面的高效性和可靠性。

　　相關(guān)論文以《Microsatellite-based real-time quantum key distribution》為題于8月20日發(fā)表在arXiv上。除中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院和科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司外，其他主要貢獻(xiàn)者包括合肥國(guó)家微尺度物理科學(xué)研究中心、上海量子科學(xué)研究中心、中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子物理卓越創(chuàng)新中心、合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、空間有源光電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海技術(shù)物理研究所、中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、國(guó)科量子通信網(wǎng)絡(luò)有限公司和北京電子科技學(xué)院。

　　量子網(wǎng)絡(luò)提供了一種基礎(chǔ)設(shè)施，將量子設(shè)備連接起來，具有革命性的計(jì)算、傳感和通信能力。作為量子網(wǎng)絡(luò)最知名的應(yīng)用，量子密鑰分發(fā)（QKD）通過量子力學(xué)的法律保證安全的密鑰共享。量子衛(wèi)星星座為全球范圍內(nèi)的量子網(wǎng)絡(luò)提供了解決方案。盡管墨子衛(wèi)星已經(jīng)驗(yàn)證了衛(wèi)星量子通信的可行性，要但擴(kuò)大量子衛(wèi)星星座的規(guī)模，需要解決包括小型化、輕量化以及實(shí)時(shí)密鑰交換在內(nèi)的多項(xiàng)挑戰(zhàn)。

　　為了解決以上挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種量子微衛(wèi)星，能夠使用便攜式地面站進(jìn)行空間到地面的量子密鑰分發(fā)該量子微衛(wèi)星的有效載荷重約23公斤。相比于墨子衛(wèi)星，質(zhì)量減少了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　除了衛(wèi)星，研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了便攜式地面站，每個(gè)地面站重約100公斤。這相比傳統(tǒng)的光學(xué)地面站（重量可超過13,000公斤）有了顯著減少。這些地面站的便攜性使其能夠在各種具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中部署，從城市到偏遠(yuǎn)山區(qū)。在軍事應(yīng)用方面，100公斤大約是一個(gè)士兵的全套作戰(zhàn)裝備的重量，這為不斷穿越崎嶇地形的軍隊(duì)使用提供了可能性。

　　這些地面站配備了能夠接收來自衛(wèi)星的量子信號(hào)的望遠(yuǎn)鏡和專用探測(cè)器。研究人員設(shè)計(jì)這些地面站以便于組裝和快速部署，只需三到五小時(shí)即可完成設(shè)置。這種靈活性使技術(shù)可供廣泛的用戶使用，包括政府、企業(yè)、武裝力量和科學(xué)機(jī)構(gòu)。

　　研究中報(bào)告的最重要成就之一是能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)安全通信。研究團(tuán)隊(duì)實(shí)施了一個(gè)復(fù)用的雙向衛(wèi)星-地面光通信系統(tǒng)，允許同時(shí)傳輸量子密鑰和經(jīng)典數(shù)據(jù)。該設(shè)置使研究人員能夠在一次衛(wèi)星經(jīng)過期間實(shí)現(xiàn)密鑰提取——這是生成安全加密密鑰的關(guān)鍵過程——在一次操作中共享了最多59萬位的安全密鑰。

　　研究中的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新包括使用單一激光二極管構(gòu)建的625-MHz QKD光源、高精度的衛(wèi)星姿態(tài)控制跟蹤技術(shù)，以及與量子通信相結(jié)合的雙向衛(wèi)星-地面光學(xué)通信。這些技術(shù)的結(jié)合不僅提高了系統(tǒng)的集成度和實(shí)用性，而且通過激光通信實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的安全密鑰蒸餾和安全通信，顯著提高了密鑰分發(fā)的時(shí)效性。此外，研究人員還采用了特殊的極化補(bǔ)償方法來保證量子光子在傳輸過程中的極化狀態(tài)不變，從而確保了量子通信的可靠性。

　　衛(wèi)星-地面通信得以實(shí)現(xiàn)，得益于高精度的跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)在密鑰傳輸過程中保持衛(wèi)星和地面站的完美對(duì)準(zhǔn)。該系統(tǒng)結(jié)合了衛(wèi)星姿態(tài)控制和先進(jìn)光學(xué)技術(shù)，以維持衛(wèi)星有效載荷與地面站望遠(yuǎn)鏡之間的精確鏈接。緊湊的量子有效載荷可以方便地組裝在現(xiàn)有的空間站或小型衛(wèi)星上，為基于衛(wèi)星星座的量子和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)在廣泛實(shí)際應(yīng)用中鋪平了道路。

　　這次的突破得益于中國(guó)此前在量子衛(wèi)星領(lǐng)域的技術(shù)積累。在此之前，中國(guó)的科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)射了“墨子號(hào)”安全衛(wèi)星?！澳犹?hào)”安全衛(wèi)星的重量為631公斤，在全球首次實(shí)現(xiàn)了超過1200公里的量子密鑰分發(fā)，為科學(xué)界帶來了重大突破。

　　中國(guó)在量子衛(wèi)星通信領(lǐng)域取得的突破性進(jìn)展始于2003年，當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)家首次提出了量子衛(wèi)星通信的構(gòu)想。經(jīng)過14年的不懈努力，中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在潘建偉院士的帶領(lǐng)下，從跟跑、并跑到領(lǐng)跑，實(shí)現(xiàn)了從理念到實(shí)踐的飛躍。2017年，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的成功發(fā)射，標(biāo)志著中國(guó)在全球量子通信領(lǐng)域邁出了重要一步，構(gòu)建了初步的“天地一體化”量子保密通信體系。

　　“新手如何快速上手九游娛樂？”

　　“墨子號(hào)”的研發(fā)過程充滿挑戰(zhàn)，從最初的實(shí)驗(yàn)室研究到最終的衛(wèi)星發(fā)射，中國(guó)科學(xué)家們克服了重重困難。在潘建偉院士的領(lǐng)導(dǎo)下，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在量子物理與量子信息領(lǐng)域取得了一系列重要成果。他們不僅在理論研究上取得了突破，更將這些理論成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了量子通信技術(shù)的實(shí)用化?！澳犹?hào)”的成功發(fā)射和運(yùn)行，展示了中國(guó)在量子通信技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，為全球量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。