Chinese Optics Letters 2021年第12期Editors’ Pick：
Yang Xue, Wei Chen, Shuang Wang, Zhenqiang Yin, Lei Shi, and Zhengfu Han. Airborne quantum key distribution: a review [Invited], Chinese Optics Letters, 2021, 19(12): 122702.
中国科学技术大学韩正甫教授、陈巍研究员，联合空军工程大学石磊教授团队在 Chinese Optics Letters 2021年第19卷第12期上发表综述文章，系统总结和梳理了近年来自由空间量子通信的研究进展，特别从机载量子密钥分发（QKD）的基本概念、系统组成、链路模式、关键技术等方面入手，对机载QKD技术面临的挑战和未来的发展趋势进行了展望。
信息的保密安全对保障国防、金融、民生等领域的发展至关重要。以量子密钥分发 (Quantum Key Distribution, QKD) 为代表的量子保密通信技术为应对新型破译攻击手段提供了全新的解决方案。在构建全球量子互联网这一宏伟愿景的驱动下，实现全天候、广覆盖、高码率的自由空间QKD是该领域的重要目标之一。其中，以地面固定终端链路和星地链路为主的QKD已经得到了广泛深入的研究，并取得了重大进展，为构建量子互联网的初级阶段奠定了良好基础。然而，基于卫星平台的QKD技术运维成本高昂、工作时间窗口及接收位置受到限制。为进一步建设全球量子保密通信网络，提升实时通信和灵活部署能力，人们逐渐将目光投向机载QKD这一新兴研究方向，依托飞行器的QKD技术也成为了近年来该领域的又一研究热点。
机载QKD是指利用航空运动平台作为收发终端或传输节点，针对中短距离、局域网络、移动用户应用场景的一种特殊的QKD实现方案。与以往基于地面终端的自由空间QKD相比，最大的区别在于其光量子传输链路动态变化更大；与卫星QKD相比，其平台所处高度更低，相对运动速度更快且不受固定运行轨道限制，具有链路损耗低、按需组网快的优势。机载QKD技术有望成为补齐天地一体化量子通信网络体系的最后一块拼图，为解决极端条件下移动量子网络末端接入难题提供一种灵活性好、时效性强、性价比高的重要技术支撑。
基于同步轨道卫星的QKD旨在建立数千公里的洲际大尺度量子信道；基于中低轨道卫星的QKD方案具有低衍射损耗和低发射成本等优点，适合构建城际范围百公里级量子通信干线；基于有人驾驶飞机、无人机或直升机等移动航空平台可满足5~15 km高度以下的短程量子信息传输需求；基于固定翼无人机、飞艇等高空飞行平台可以在15 km高度以上空域内工作，作为连接卫星平台与地面站或其它低空平台的中继节点；基于旋翼式无人机平台则适用于500 m以下高度近地表范围内的量子信息传输。图1展示了包含机载QKD链路在内的多层级天地一体化量子通信网络蓝图。
图1 多层级天地一体化量子通信网络蓝图。LEO, 低轨卫星; MEO, 中轨卫星; GEO, 同步地球轨道卫星; HAP platform, 高空平台; UAV, 无人飞行器;Ground stations, 地面站; Terrestrial QKD neTWorks, 地面QKD网络; Backbone QKD links, 骨干QKD链路; Drone-based networks, 无人机量子网络。
空军工程大学团队负责人石磊教授认为，机载QKD作为新兴研究方向，不仅对拓展QKD技术的研究范围具有重要意义，还将有力推动量子信息技术在军事领域的深入发展和快速应用。
未来，随着量子信息技术的发展和无人机领域技术的革新，利用无人机平台实现机载QKD将成为主流选择，建立可重构、多节点、长距离混合架构的机载QKD是完备量子通信网络的关键所在。为进一步发挥机载QKD技术的可扩展性和灵活性优势，将传输距离从100 m量级升级到10~20 km量级，将链路构成从单一点对点链路升级为复杂多节点链路网络也是机载QKD发展的必经之路。
科学编辑：薛阳 空军工程大学
薛阳，博士研究生，就读于空军工程大学信息与通信工程专业，同时在中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室联合培养。主要从事自由空间量子密钥分发理论和实验研究工作，以及机载量子通信方面的建模仿真研究。
陈巍，中国科学技术大学研究员，博导。2008年获中国科学技术大学博士学位，同年加入中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室工作，长期从事量子密码的理论与实验、量子密码系统和网络的设计与实现、量子保密通信网络、量子密码集成光子芯片等方面的研究工作。
