量子卫星通信领域迎来重大突破——澳大利亚悉尼科技大学研究团队在国际权威期刊《物理评论研究》发表论文，首次从技术层面证实地面站向太空卫星发射纠缠光子对的可行性。这一成果颠覆了自2016年中国墨子号卫星开创量子空间通信以来形成的“卫星生成光子、地面接收”的主流技术范式，为构建全球高带宽量子网络开辟了全新路径。
传统下行链路模式中，卫星需在太空恶劣环境中稳定生成纠缠光子对，再向地面站分发。尽管中国墨子号卫星在2017年完成北京至维也纳7600公里量子密钥分发实验，2025年济南一号微型卫星更将通信距离拓展至12900公里，但该模式存在致命缺陷：卫星量子光源维护困难、功率受限，且光子生成量无法满足未来分布式量子计算对大规模纠缠态的需求。研究团队负责人Simon Devitt教授比喻：“下行链路如同小水管供水，勉强满足加密需求，但构建量子互联网需要输送海量数据的‘大管道’。”
悉尼科技大学团队提出的上行链路方案，采用“地面生成光子、卫星接收干涉”的逆向思维。该方案需在地面两个站点分别生成纠缠光子对，再精准发射至同一卫星完成量子干涉。这一看似简单的构想，实则面临多重技术挑战：光子穿越大气层时会被散射吸收，背景光噪声可能淹微弱量子信号，卫星高速运动导致光束对准精度需达到纳米级，大气湍流更会引发光束漂移变形。研究团队通过建立包含大气传输特性、背景光光谱、自适应光学性能等200余项参数的数学模型，证明通过优化发射波长、采用窄带滤波、部署自适应光学补偿等技术手段，可使上行链路信号保真度达到实用标准。
技术验证显示，选用近红外波段单光子可兼顾大气穿透性与探测技术成熟度；通过“时间门控+频率滤波”组合技术，可将背景噪声降低至原有十万分之一；选择500公里低轨道卫星则能确保每日多次过境机会，便于地面站同步发射。研究团队成员Alexander Solntsev教授强调：“这相当于在时速2万公里的列车上精准接住高速飞行的网球，我们不仅找到了计算方法，更证明现有技术完全能够实现。”
该方案对量子互联网建设具有战略意义。上行链路将复杂的光子生成与维护任务转移至地面站，卫星仅需配备简单光学接收单元，硬件复杂度与功耗降低60%以上。这种“地面重、太空轻”的架构设计，类似于光纤网络从“复杂中继”向“智能边缘”的演进，可大幅降低建设与运维成本。根据研究团队规划，未来将先通过系留气球或高空无人机进行数十公里级地面测试，再利用立方星开展太空验证，最终构建多卫星星座实现全球覆盖。
尽管前景广阔，全球量子互联网仍需突破多重瓶颈。单光子源效率、探测器灵敏度等核心器件性能需持续提升，卫星星座建设需数百亿美元投资，国际标准制定更需跨国协作。更关键的是，需开拓量子传感、精密测量等新型应用场景，避免“网络建成无应用”的尴尬局面。目前，欧洲量子通信基础设施计划、美国国家量子倡议等项目已开始评估上行链路技术，中国科研团队也在开展相关预研。
