Last Updated on 2025-03-24 11:27 by admin

中国科学技術大学（USTC）のパン・ジェンウェイ教授率いる研究チームは、世界初の量子マイクロサテライト「済南-1」を用いて、マイクロサテライトと複数の移動式地上局間でリアルタイムの量子鍵配送（QKD）に成功した。この成果は2025年3月19日、科学誌『Nature』に掲載された。

済南-1は2022年7月27日に中国の酒泉衛星発射センターから長征2D型ロケットで打ち上げられた。衛星の量子通信ペイロードはわずか23kgと軽量で、2016年に打ち上げられた世界初の量子通信衛星「墨子（Micius）」の約10分の1の重量である。

済南-1は毎秒約2億5000万の量子光子を送信し、衛星が通過するごとに最大1メガビットの安全な暗号鍵を生成した。実験では中国の済南、合肥、南山、武漢、北京、上海の各地上局と南アフリカのステレンボッシュの地上局との光リンクを確立した。

最も重要な成果は、北京と南アフリカのステレンボッシュという12,900km離れた2都市間での安全な鍵交換の成功である。これは量子通信の距離記録を更新し、2016年に「墨子」衛星が達成した7,600kmを大幅に上回った。

研究チームは100kg未満の軽量でコンパクトな光学地上局も開発し、様々な場所への迅速な展開を可能にした。従来の地上局は約13トンだったが、設置時間も数ヶ月から数時間に短縮された。

中国は2025年までにさらに2〜3基の量子衛星を打ち上げる計画であり、2026年には中国電信（China Telecom）との商業パートナーシップにより4基の量子マイクロサテライトの打ち上げも予定している。将来的には量子マイクロサテライトのコンステレーションを構築し、グローバル規模の量子セキュア・ネットワークの実現を目指している。

from:World’s First Quantum Microsatellite Enables Secure Communication Across Continents

【編集部解説】

量子通信技術は、現代のデジタルセキュリティに革命をもたらす可能性を秘めています。今回の済南-1（Jinan-1）衛星による成果は、量子インターネットの実用化に向けた大きな一歩と言えるでしょう。

まず注目すべきは、この衛星のコンパクトさです。済南-1の量子通信ペイロードはわずか23kgと、2016年に打ち上げられた世界初の量子衛星「墨子（Micius）」の約10分の1の重量になっています。小型化によって打ち上げコストが大幅に削減され、将来的に多数の衛星からなるコンステレーション（衛星群）の構築が現実的になりました。

また、地上局の小型化も画期的です。従来の量子通信用地上局は約13トンもあり、設置に数ヶ月を要していましたが、今回開発された地上局は100kg未満と軽量で、設置時間も数時間に短縮されています。この機動性の向上により、量子通信ネットワークの柔軟な展開が可能になりました。

北京と南アフリカのステレンボッシュ間での12,900kmにわたる量子鍵交換の成功は、2016年に「墨子」衛星が達成した7,600kmの記録を大幅に更新しています。これは単なる距離の記録更新にとどまらず、北半球と南半球をまたぐ大陸間での量子通信の実現可能性を証明した点で重要です。

量子鍵配送（QKD）の優れている点は、その理論上の絶対的な安全性にあります。従来の暗号は計算量的な困難さに依存していますが、量子コンピュータの発展によってその安全性が脅かされています。一方、QKDは量子力学の基本原理に基づいており、盗聴行為そのものが検出可能になるため、理論上は無条件に安全な通信を実現できます。

済南-1のもう一つの重要な進歩は、リアルタイムでの量子鍵生成が可能になった点です。以前の「墨子」衛星では、量子状態のデータ処理に3〜4日を要し、75分間のビデオ会議に必要な80万以上の鍵の準備に1ヶ月以上かかっていました。済南-1では衛星が地上局の上空を通過する約1.5時間の間に、秘密鍵と暗号化データの両方を送信することができ、即時性が大幅に向上しています。

この技術がもたらす影響は広範囲に及びます。金融取引、医療データ、政府間通信など、高度なセキュリティが求められる分野で革命的な変化が期待できます。特に量子コンピュータの発展により従来の暗号が破られる「暗号アポカリプス」への対策として、量子通信は重要な役割を果たすでしょう。

一方で、この技術の進展には地政学的な側面も無視できません。中国が量子通信分野でリードしていることは、デジタル主権や情報安全保障の観点から各国に影響を与える可能性があります。アメリカやEUも量子通信の研究開発に力を入れており、カナダも2026年に量子鍵配送衛星「QEYSSAT」の打ち上げを予定しています。

日本も量子技術の研究開発を進めていますが、衛星量子通信の分野では遅れを取っている状況です。今後、国際的な量子通信ネットワークが構築される中で、日本がどのように参画していくかが課題となるでしょう。

済南-1の成功は、量子通信が研究段階から実用段階へと移行しつつあることを示しています。中国は2025年までにさらに2〜3基の量子衛星を打ち上げる計画であり、2026年には中国電信（China Telecom）との商業パートナーシップにより4基の量子マイクロサテライトの打ち上げも予定されています。

この技術の進展が私たちの通信インフラやデジタルセキュリティにどのような変革をもたらすのか、今後も注視していきましょう。

【用語解説】

量子鍵配送（QKD: Quantum Key Distribution）
量子力学の原理を利用した暗号通信技術で、盗聴があると量子状態が変化し検知できる特性を持つ。従来の暗号が数学的な複雑さに依存するのに対し、QKDは物理法則に基づく理論上絶対安全な通信を実現する。

量子マイクロサテライト
従来の衛星より小型で軽量な衛星で、量子通信機能を搭載したもの。済南-1の量子通信ペイロードは23kgと、従来の量子衛星「墨子」の約10分の1の重量である。小型化により打ち上げコストが大幅に削減され、多数の衛星からなるネットワーク構築が現実的になった。

中国科学技術大学（USTC）
1958年に設立された中国の国立大学で、安徽省合肥市に本部を置く。中国科学院に隷属し、量子情報科学の研究で世界をリードしている。パン・ジェンウェイ（潘建偉）教授率いる研究チームは量子通信分野で多くの成果を上げている。

中国科学院
1949年に設立された中国のハイテク総合研究と自然科学の最高研究機関。世界最大の科学研究機関とされ、『ネイチャー』のランキングでもたびたび世界トップにランクしている。

ステレンボッシュ大学
南アフリカ共和国のステレンボッシュに位置する公立大学。1999年にアフリカで初めて打ち上げられたマイクロサット「SUNSAT」を設計・製造した実績を持つ。今回の済南-1プロジェクトでは南アフリカ側のパートナーとして参加している。

【参考リンク】

中国科学技術大学（USTC）（外部）
中国の量子通信研究をリードする大学。パン・ジェンウェイ教授率いる量子情報研究チームのホームページも閲覧可能。

【編集部後記】

みなさん、量子通信技術の進展は私たちの日常生活にどのような変化をもたらすでしょうか？例えば、オンラインバンキングやクレジットカード決済の安全性が飛躍的に向上する可能性があります。また、医療データや個人情報のやり取りがより安全になるかもしれません。身近なところでは、スマートフォンの通信セキュリティが強化されるかもしれませんね。量子通信が実用化された未来の日常を想像してみると、どんな可能性が見えてくるでしょうか？ぜひ、皆さんのアイデアや考えをSNSで共有してみてください。

【関連記事】

スペーステクノロジーニュースをinnovaTopiaでもっと読む