2026年1月28日——在量子加密通信领域，东芝公司（“Toshiba”）开发了一套高速紧凑的量子密钥分发（QKD）发射接收系统，用于实现通过卫星进行远距离QKD的实际应用，并在英国赫瑞瓦特大学展示了其与光纤QKD网络的互操作性。

随着量子计算的进步引发人们对传统加密方法未来可能被破译的担忧，理论上能免疫窃听的QKD技术被广泛视为支撑下一代信息安全的关键。然而单独使用光纤时，信号衰减会限制通信距离。因此，结合卫星QKD被视为扩展通信距离的理想方案（图1）。

新研发的系统采用1GHz时钟频率，实现了高速QKD通信，并集成了全球最小型化的发射接收模块之一。该系统能在低地球轨道（LEO）卫星过境的短暂时间窗口内生成大量密钥，同时基于标准化协议部署了卫星QKD与光纤QKD之间的安全密钥链接机制。通过与赫瑞瓦特大学枢纽光学地面站（HOGS）合作，东芝成功验证了星载QKD系统与地面光纤网络的连接。这一成果标志着LEO卫星量子安全通信实用化迈出重要一步，为构建跨洲际量子网络奠定了基础。

该技术研发获得了英国创新署（项目编号10089202）的支持。

研发背景

数字化进程中，金融交易、医疗数据和政府通信等海量机密信息通过网络传输。但随着量子计算机的出现，RSA和椭圆曲线加密等公钥密码体系面临被破译风险，引发对现有安全技术长期可靠性的担忧。基于量子力学原理、理论上可抵御窃听的QKD技术，被视为后量子时代保障信息安全的关键手段。

现行QKD技术通过光纤等介质传输编码于光子的密钥，已在全球城市间光纤网络中投入实用。虽然量子原理可检测第三方窃听并确保密钥绝对安全，但单独使用光纤时传输损耗会随距离呈指数增长，难以实现数百公里以上的远距离通信。海底光缆洲际通信通常需要中继器放大信号，但由于量子不可克隆定理限制，传统中继方案无法适用于QKD。因此，卫星QKD与地面网络的融合被视作实现全球量子安全通信的最可行路径。

卫星QKD仍面临多重挑战：LEO卫星过境地面站仅数分钟，需高效完成密钥生成；星载设备受严格尺寸、重量和功耗限制；还需实现星地密钥与地面QKD网络的安全高效对接。

技术特点

东芝通过三项核心技术推动卫星QKD实用化：（1）GHz级时钟频率高速通信技术；（2）紧凑节能的发射模块与高探测效率接收模块；（3）与地面QKD网络的集成方案。

1. GHz级高速通信技术

利用低功耗、高调制带宽的垂直腔面发射激光器（VCSEL）阵列，配合现场可编程门阵列（FPGA）实现偏振态与光强的精准控制，该系统能以1GHz频率生成稳定量子信号，在卫星过境的短暂时间内实时产生大量密钥。

2. 微型化收发模块

发射器采用2U规格（20×10×10cm）仅重1.6kg，接收器（40×30×10cm）约9kg（图2）。通过VCSEL激光器和光复用技术，在保持性能同时大幅缩小体积，降低卫星发射成本并便于多卫星组网。

3. 天地网络集成技术

在赫瑞瓦特大学地面站中，将新型收发器与望远镜集成，通过符合ETSI标准的密钥管理软件，演示了卫星QKD密钥与地面网络的安全对接。发射器安装于望远镜前1米处，密钥经接收器传输后，利用标准化协议实现与光纤QKD的无缝密钥共享，该技术有望成为构建洲际量子安全通信网络的基础。

未来规划

东芝计划在2027财年开展LEO卫星与地面站长距离通信测试，验证多环境下的稳定运行，推进多卫星组网研发，最终构建能全球安全传输机密信息的洲际量子网络。