原文作者：Elizabeth Gibney

中國團隊創造了將量子加密圖像傳輸12900公里的紀錄。

2022年發射的“濟南一號”（Jinan-1）衛星只有冰柜大小，圖攝于發射前。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。

該衛星成功將進入特殊量子態的激光脈沖，從北京一樓頂傳輸到開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。這一創舉讓名為量子密鑰分發（QKD）的加密技術又前進了一步——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日發表于《自然》[1]。

這顆衛星名為“濟南一號”（Jinan-1），其質量只有其前身、2016年發射的 “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年再發射四顆商用微納衛星。

“這是建設全球量子密鑰分發網絡的又一個里程碑。”新加坡國立大學的量子物理學家Alexander Ling說道。這個衛星朝著實時部署這類加密技術邁出了巨大一步，量子物理學家、加拿大卡爾加里Qubo Consulting公司的聯合創始人Katanya Kuntz說道。Qubo Consulting專門幫助其他公司使用量子技術。

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到南非。來源：中國科學技術大學

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，但量子密鑰分發這類技術能提供強大的保證，確保未來的量子計算機無法讀取保密通信，Ling說道。

銀行和政府已經在用量子密鑰分發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”的激光脈沖，即它們同時處于用1或0表示的兩種量子態。通過比較發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并產生噪音，提示密鑰被盜。

更快的通信

Kuntz說：“濟南一號”的裝配包含了“多項驚艷的技術創舉”。Kuntz是“量子加密與科學衛星”（Quantum Encryption and Science Satellite）科學團隊的一名成員，該衛星是加拿大航天局預計在明年發射的一顆量子密鑰分發衛星。星地通信比使用之前的系統更快了，這能提升加密速度，她說。該團隊還讓某些衛星組件“身兼二職”，縮小了衛星的體積。比如只用一個設備來瞄準光束和控制衛星方向，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”無法產生“糾纏”光子，糾纏光子實現的加密類型甚至能對衛星隱藏密鑰。在當前系統中，“濟南一號”處理該密鑰，如果竊聽者攻擊該衛星就能發現密鑰，Kuntz說。連接全球量子計算機的量子互聯網也需要糾纏。將該技術小型化以實現糾纏的難度較大，但開發有這類設備的微納衛星在未來“完全可行”，潘建偉表示。

全球目前約有十幾個量子衛星準備發射，新加坡SpeQtral公司的聯合創始人Ling說道。SpeQtral正在研發比“濟南一號”更小更輕的量子密鑰分發衛星。“該領域的投資和活力都在上揚，許多公司和機構開始探索構建全球量子密鑰分發組網的可行性”。

?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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