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    量子通訊衛星是啥?帶你看看墨子號的絕技

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     8月16日凌晨1時40分,由我國科學家自主研制的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”在酒泉衛星發射中心成功發射,將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信。這將是跨度最大、史上最安全的通信網絡。

      本次任務還搭載發射了中國科學院研制的稀薄大氣科學實驗衛星和西班牙科學實驗小衛星。

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      未來兩年將完成三大實驗任務

      未來兩年內,量子科學實驗衛星將進行三大科學實驗任務。進行星地高速量子密鑰分發實驗,尋求更廣范圍乃至全球范圍量子通信的最終實現。進行星地量子糾纏分發實驗和地星量子隱形傳態實驗,開展宏大尺度上對量子理論本身展開實驗檢驗。在衛星平臺上所進行的三大實驗,有望產生重大物理發現,進而促進整個物理學的發展。

      量子衛星首席科學家中科院院士潘建偉表示,“可能第一個實驗最容易,后面兩個實驗可能會困難一點。我們對完成這三類實驗,都非常有信心。”

      力爭在2030年建成全球量子通信網

      潘建偉院士介紹,在量子科學實驗衛星三大科學實驗任務順利完成之后,將會邀請國際伙伴參與進來,在北京與維也納之間進行量子保密通訊項目。此外,作為一顆科學實驗衛星,本次發射的量子科學實驗衛星主要承擔科研任務。在科研之余,還可以在小范圍內進行量子保密通信方面的實際應用。

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      △ “量子科學實驗衛星”工作示意圖

      據了解,在首顆量子通信衛星發射后,我國還將陸續發射多顆量子衛星,力爭在2020年實現歐洲和亞洲之間的洲際量子保密通信,在2030年前后率先建成全球一體化的廣域量子保密通信網絡。

      “墨子號”的獨門絕技有哪些?

      絕技一:小身材有“量”乃大

      640公斤的量子衛星,在衛星家族中只是不起眼的小瘦子,不過嬌小的量子衛星可并非以重量碾壓群雄,它的獲勝法寶是3個神奇裝備。

      裝備1:激光器。激光器的作用就是生成單個的光量子。量子是能量等物理量的最小單元,光量子也就是光的最小量子單元。

      裝備2:量子糾纏源。和激光器不同,它的使命是制造出一對對處于糾纏狀態的光量子。大家可以把糾纏狀態想象成一對互相吸引的磁鐵,不同之處在于,糾纏中的量子即使相隔萬里也能心靈相通,其中一個狀態發生改變,另一個也會相應改變。愛因斯坦把這種現象形容為“如幽靈一般的遠距離作用”。

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      裝備3:量子密鑰通信機和量子糾纏發射機。這兩個儀器相當于發射器,都是負責把光量子發射到地面實驗站。密鑰通信機是一對一,發射單個光量子到單個地面站,糾纏發射機則是一對二,把成對的糾纏光量子分別發射到兩個地面站。

      絕技二:星地間駕馭微觀精靈

      從500公里開外的太空上向地面的實驗站發射光量子,這是史無前例、世界首次。首先要把衛星上的光軸和地面實驗站的光軸對準,然后再把肉眼根本看不見的光量子從天下打下來。而這個對準精度比普通衛星的對準精度高出了十倍,堪稱針尖對麥芒。

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      不僅要從衛星上發射光量子到地球,雄心勃勃的科學家們還要從地球發射光量子到衛星上,然后利用遠距離的量子糾纏效應,實現光量子狀態在星地間的傳輸。一旦實現,時空穿越便不再是夢。

      絕技三:史上最安全全球通信網

      那為什么跑到天上去做量子實驗,答案是為了地球人通信更安全。

      量子天生就是個防竊聽神器,它有兩個基本特性:不可分割、不可復制。再加上連大科學家們都無法解釋的超遠距離的量子糾纏效應,使它足以擔當保鏢的職責,護送著機密的信息一起發送給接收方。即便竊聽者的計算能力再強,破解密碼技術再高,一旦碰上了量子密鑰,便會原形畢露,被抓現行。

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      其實我們已經建成用光量子傳輸的京滬通信干線,但是光量子在光纖線路中的傳輸距離較短,每100公里便需要一個中繼器來幫助它完成接力賽跑。但在大氣層中,它卻可以一次性傳遞幾千公里,所以中國的科學家們決定用天上的衛星來幫助光量子實現更大范圍的傳輸。日后,科學家們還會嘗試發射更多的量子通信衛星,以此構建包含國防、金融、政務、商業等領域的絕對安全的全球量子保密通信網。

      全球首顆量子科學實驗衛星誕生記

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      △量子科學實驗衛星示意圖(中科院國家空間科學中心供圖

      完全由我國自主研制的全球首顆量子科學實驗衛星已于今晨(16日)發射,從最初醞釀和前期技術貯備,到如今成功發射,前后歷時十多年。下面,小編帶大家一起了解一下它的“星路歷程”。

      2003年,潘建偉提出量子科學實驗衛星計劃。

      2011年1月,中科院空間科學先導專項啟動 量子衛星納入其中。

      2011年12月,量子科學實驗衛星工程啟動。

      2012年12月,轉入初樣研制階段,衛星開始成形。

      2014年12月,轉入正樣研制階段,衛星開始成熟。

      2015年12月,完成星地光學對接試驗,達到科學目標要求。

      2016年2月,完成大系統聯試 協調匹配性得到驗證。

      2016年7月,量子衛星和長征二號丁火箭從上海運往酒泉。

      2016年8月,完成測試 星箭吊裝。

      2016年8月中旬,世界首顆量子科學實驗衛星發射。

     
     
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