全球首條跨半球量子衛星通訊鏈路：南非與中國的科技突破

量子力學的奇妙特性，理論上可以用來實現資料的安全傳輸。然而，實際操作中，大規模和長距離的量子通訊進展卻比預期緩慢。儘管如此，科技界仍取得了重要突破，最近更首次實現了涵蓋南半球的量子衛星通訊鏈路。不過，由於需要特定的氣候條件，這項技術的普及可能還需時日。

這項量子加密衛星通訊的示範，由南非斯泰倫博斯大學和中國科學技術大學的地面站共同完成。中間的關鍵角色是微衛星「濟南一號」，它專門設計用於在沒有電纜連線的地點之間進行量子加密資訊傳輸。在「濟南一號」的一次過境中，成功安全傳輸了107萬位元的資料。然而，研究人員也坦承，這樣的傳輸速度得益於斯泰倫博斯當地的氣候條件——南半球冬季時，該地區幾乎沒有雲層或濕氣。若遇到雲層（非指資料儲存的雲端，而是降雨的雲），系統將被迫切換到速度較慢的備用方案。

量子金鑰分發（QKD）依賴於單個光子來編碼和傳輸金鑰，這些金鑰可用於解碼訊息內容。量子力學的一個重要特性是，攔截甚至測量單個光子都會改變其狀態，從而影響其作為金鑰的功能。這意味著，任何試圖竊聽的行為都會被訊息的接收方察覺。

中國已經建立了2000公里（1200英里）的光纖網路，用於在32個主要城市之間傳輸量子加密訊號。這樣的鏈路理論上可以跨洲際連線，就像大多數普通網路通訊透過海底電纜而非衛星進行一樣。然而，建立如此龐大的基礎設施，可能僅適用於有限的特殊情況。

中國的首顆量子衛星「墨子號」曾展示了利用太空進行訊號傳輸的潛力，成功在中國與奧地利之間傳輸訊號。而「濟南一號」則進一步顯示了這項技術的進步。例如，「濟南一號」的重量僅為「墨子號」的十分之一，而地面站的重量更是輕了近百倍。研究團隊還展示了這項技術在可攜性方面的潛力，將中國的地面站移動到多個城市的不同地點，甚至搬遷至南山山區。

金鑰的傳輸是透過近紅外雷射脈衝實現的。斯泰倫博斯大學正在建立自己的量子科學與技術中心，該團隊的領導者Yaseera Ismail博士在一份宣告中表示：「國際與國內的合作對於推動尖端研究和突破科學界限至關重要。」這項研究成果已發表在《自然》期刊上。