近期，由帕多瓦大学Paolo Villoresi教授带领的研究团队实现了地球轨道卫星与意大利地基接收站之间单光子实际传输距离达到破纪录的20,000公里。研究团队表示，这次的信号交换证明了覆盖全球的卫星量子通信是可行的。

全球导航卫星系统（GNSSs）由若干个卫星星座组成，这些卫星能够向地基接收器（如移动电话或车辆导航系统）广播定时信号。目前，已经有几个国家建造了自己的全球导航卫星系统（GNSSs），每个国家都有自己的卫星星座绕地球轨道（距地面高度为19,000-36,000公里）运行。

图1 覆盖全球的网络线路示意图：导航卫星系统很快就能进行量子保密。 （在此致谢提供图片的iStock / Bellenixe）

这些系统利用频率约为1GHz的微波进行工作，这使得全球导航卫星（GNSS）的信号很容易被第三方恶意破坏或拦截。这是目前存在的一个问题，因为对于部署GNSS的每个国家而言，GNSS对他们的经济和军事安全至关重要。

量子密钥

量子通信使用单光子工作，它提供了一种可以在卫星之间或在卫星与地面接收器之间实现安全、可靠通信的方法。例如，目前已经发展成熟的量子密钥分配（QKD）技术可用于加密GNSS和其他信号。

量子技术涉及单光子的交换，这已经在离地球相对较近的卫星上得到了证实。2016年，研究人员Villoresi及其同事实现了单光子达7000公里的传输距离。 2017年，中国和奥地利的物理学家通过卫星实现了北京和维也纳之间（距离约7400公里）的量子密钥分配（QKD）。

更长时间的通信

GNSS和其他距离地球表面19,000-36,000公里的卫星相对于地球表面移动速度比之前量子演示实验中使用的低轨道卫星慢。因为这个原因，这种卫星可以与各个地面站进行更长时间的通信，因此也更适合用于创建量子通信网络，但目前来说，要在这个尺度的距离上交换单光子仍然是一个具有挑战性的难题。

Villoresi的研究团队使用安装在俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）GNSS卫星上的后向反射器阵列进行了演示实验。利用意大利航天局的马泰拉激光测距天文台（MLRO），研究人员向两颗GLONASS卫星发射了一系列激光脉冲，随后激光被反射回MLRO，由单光子检测器收集。

通过对通信通道的损耗进行估算，研究人员可以确认现有的技术是否足够部署可在其上产生携带密钥单光子的卫星。在以后的研究中，他们还将研发量子密钥分配（QKD）光子的有源光源，并将之放置在机载GNSS卫星上。

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