在量子科技领域，一项新的国际突破由中国的研究团队携手南非伙伴共同完成。这一壮举不仅跨越了12900多公里的距离，在中非之间建立了量子密钥，还标志着实用化卫星量子通信组网迈出了关键一步。相关研究成果已在国际权威学术期刊《自然》杂志上发表。
此次突破的核心在于“济南一号”微纳量子卫星与多个小型化、可移动地面站之间的实时星地量子密钥分发。这一技术由济南量子技术研究院联合中国科学技术大学、中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院等单位共同研发。在卫星单次通过期间，研究团队成功实现了多达100万比特的安全密钥共享。
量子保密通信，基于量子密钥分发，是目前唯一能够实现“信息论可证”安全的通信方式。它对于提升国家信息安全和经济社会发展的安全传输水平具有重要意义。然而，远距离乃至全球化的量子保密通信面临着光纤损耗和覆盖范围的挑战。卫星平台的引入，通过自由空间量子密钥分发，有效解决了这些问题。
早在2017年，中国科学技术大学牵头研制的“墨子号”量子科学实验卫星就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”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”无法直接覆盖全球且成本高昂，因此发射多颗低成本微纳量子卫星并实现组网运行成为迫切需求。
为了满足这一需求，研究团队在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上取得了重大突破。他们成功研制了量子微纳卫星载荷和卫星平台，其中载荷重量仅为23公斤，比“墨子号”降低了约一个数量级。2022年7月27日，“济南一号”量子微纳卫星成功发射入轨，部分荷载器件正是由济南量子技术研究院研发的。
与此同时，济南量子技术研究院早在2019年就启动了小型化量子通信卫星地面站系统项目。2019年底，部署在研究院楼顶的首个小型化可移动量子卫星地面站与“墨子号”对接测试成功。此次实时星地量子密钥分发的一台卫星地面站同样部署在研究院楼顶，但重量已大幅减轻至100公斤。
“济南一号”量子微纳卫星与多个地面光学站建立了光链路，实现了实时星地量子密钥分发实验。在一次过轨对接实验中，卫星成功生成了250 kbits至1Mbits的安全密钥，平均成码率可达3 kbps。更令人瞩目的是，研究团队以卫星作为可信中继，实现了地面相距12900公里的北京站和南非斯泰伦博斯站之间的密钥共享和数据中继。
这一研究成果不仅为未来发射多颗微纳卫星构建“量子星座”奠定了坚实基础，还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。它标志着卫星量子密钥分发技术的成熟，为实现量子和经典通信卫星星座迈出了重要一步。
济南在量子科技领域的布局也取得了显著成效。近年来，济南市积极布局量子科技产业，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。目前，全市已集聚了30余家量子信息及相关企业，从业人员达到800余人，总市值超过50亿元。在实用化量子通信技术研究和量子通信产业化方面，济南已处于世界领先地位。
济南量子技术研究院在量子通信领域的基础研究与应用基础研究上持续深耕，力求创造更多突破性成果。随着量子技术的不断发展和应用场景的不断拓展，济南正朝着构建大规模实用化量子通信网络的目标稳步前行。
