原文作者：Elizabeth Gibney
中國團隊創(chuàng)造了將量子加密圖像傳輸12900公里的紀錄。
2022年發(fā)射的“濟南一號”（Jinan-1）衛(wèi)星只有冰柜大小，圖攝于發(fā)射前。來源：Y. Li et al./Nature
研究人員用一種低成本、低重量的“微納衛(wèi)星”（microsatellite），將一個加密密鑰從中國傳輸至近1.3萬公里外的南非，打破了長距離量子通信的新紀錄。
該衛(wèi)星成功將進入特殊量子態(tài)的激光脈沖，從北京一樓頂傳輸?shù)介_普敦近郊斯坦陵布什大學的樓頂。這些脈沖形成的量子密鑰可以給兩張圖片加密——一張是中國的長城，另一張是斯坦陵布什大學的校園。這一創(chuàng)舉讓名為量子密鑰分發(fā)（QKD）的加密技術(shù)又前進了一步——今后或能在無論相距多遠的兩地間傳輸超安全信息。該研究3月19日發(fā)表于《自然》[1]。
這顆衛(wèi)星名為“濟南一號”（Jinan-1），其質(zhì)量只有其前身、2016年發(fā)射的 “墨子號”（Micius）的1/10，成本只有其1/45，效率卻大大提升，研究帶頭人、位于合肥的中國科學技術(shù)大學的量子物理學家潘建偉表示。
潘建偉團隊將地面站的重量從13噸降至100千克。他說：“我們希望這項技術(shù)能從原理驗證上升為真正實用。”潘建偉還表示，他的團隊正在與總部位于北京的中國電信合作，在2026年再發(fā)射四顆商用微納衛(wèi)星。
“這是建設全球量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡的又一個里程碑?！?/strong>新加坡國立大學的量子物理學家Alexander Ling說道。這個衛(wèi)星朝著實時部署這類加密技術(shù)邁出了巨大一步，量子物理學家、加拿大卡爾加里Qubo Consulting公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Katanya Kuntz說道。Qubo Consulting專門幫助其他公司使用量子技術(shù)。
研究人員用一個量子密鑰給這兩張圖加密，隨后將兩張圖從中國傳輸?shù)?a class="keyword-search" >南非。來源：中國科學技術(shù)大學
無法破譯的密碼
物理學家認為，未來的量子計算機能破解任何加密類型，但量子密鑰分發(fā)這類技術(shù)能提供強大的保證，確保未來的量子計算機無法讀取保密通信，Ling說道。
銀行和政府已經(jīng)在用量子密鑰分發(fā)通過光纖傳輸密鑰了。但這些光纜會吸收光子，限制了信號的傳輸距離。光通過空氣傳輸時被吸收的速度比通過光纜傳輸時低很多，因此衛(wèi)星或能作為中繼站，在地球上幾乎任意兩地之間傳輸密鑰。
量子加密技術(shù)背后的概念是，如果雙方共享一個密鑰，他們就能打亂信息，從而只有他們雙方才能破譯這個信息。
潘建偉的實驗需要傳輸都處于“疊加態(tài)”的激光脈沖，即它們同時處于用1或0表示的兩種量子態(tài)。通過比較發(fā)送方使用的設置與接收方用于測量這些脈沖的設置，雙方就能獲取一串測量后的 1或0，作為一把安全密鑰。如果有人試圖攔截信息，就會干擾這種量子態(tài)并產(chǎn)生噪音，提示密鑰被盜。
更快的通信
Kuntz說：“濟南一號”的裝配包含了“多項驚艷的技術(shù)創(chuàng)舉”。Kuntz是“量子加密與科學衛(wèi)星”（Quantum Encryption and Science Satellite）科學團隊的一名成員，該衛(wèi)星是加拿大航天局預計在明年發(fā)射的一顆量子密鑰分發(fā)衛(wèi)星。星地通信比使用之前的系統(tǒng)更快了，這能提升加密速度，她說。該團隊還讓某些衛(wèi)星組件“身兼二職”，縮小了衛(wèi)星的體積。比如只用一個設備來瞄準光束和控制衛(wèi)星方向，潘建偉表示。
不過，與塊頭更大的前任相比，“濟南一號”并不具備其所有能力。“濟南一號”無法產(chǎn)生“糾纏”光子，糾纏光子實現(xiàn)的加密類型甚至能對衛(wèi)星隱藏密鑰。在當前系統(tǒng)中，“濟南一號”處理該密鑰，如果竊聽者攻擊該衛(wèi)星就能發(fā)現(xiàn)密鑰，Kuntz說。連接全球量子計算機的量子互聯(lián)網(wǎng)也需要糾纏。將該技術(shù)小型化以實現(xiàn)糾纏的難度較大，但開發(fā)有這類設備的微納衛(wèi)星在未來“完全可行”，潘建偉表示。
全球目前約有十幾個量子衛(wèi)星準備發(fā)射，新加坡SpeQtral公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Ling說道。SpeQtral正在研發(fā)比“濟南一號”更小更輕的量子密鑰分發(fā)衛(wèi)星?！霸擃I(lǐng)域的投資和活力都在上揚，許多公司和機構(gòu)開始探索構(gòu)建全球量子密鑰分發(fā)組網(wǎng)的可行性”。
?參考文獻：
1. Li, Y. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z (2025).
原文以Mini-satellite paves the way for quantum messaging anywhere on Earth標題發(fā)表在2025年3月19日《自然》的新聞版塊上
? nature
Doi：10.1038/d41586-025-00581-7?
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