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世界首颗量子卫星叫什么

墨子号量子科学实验卫星(简称墨子号),于2016年8月16日1时40分,在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。此次发射任务的成功,标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

中国量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍,如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全。

2017年1月18日,中国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”完成了4个月的在轨测试任务,正式交付用户单位使用。中国科学技术大学、中科院等单位相关领导在交付使用证书上签字。

2019年1月31日,被授予2018年度克利夫兰奖。中国研究人员2019年2月14日在美国华盛顿说,“墨子号”量子科学实验卫星预计将超出预期寿命、继续工作至少2年以上,并展开更多国际合作。

研发背景

量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化。在城市里,通过光纤建构的城域量子网络通信已经开始尝试实际应用,我国在城域光纤量子通信方面已取得了国际领先的地位。

在量子通信的国际赛跑中,中国属于后来者。经过多年的努力,中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列,在城域量子通信技术方面也走在了世界前列,建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网,“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。

然而,这只是开始。“在城市范围内,通过光纤构建城域量子通信网络是最佳方案。但要实现远距离甚至全球量子通信,仅依靠光纤量子通信技术是远远不够的。”潘建伟说。

量子保密通信,能够从三个方面保障信息安全。第一,发送者和接收者之间的信息交互是安全的,不会被或盗取。第二,“主仆”身份能够自动确认,只有主人才能够使唤“仆人”,而其他人无法指挥“仆人”。第三,一旦发送者和接收者之间的传递口令被恶意篡改,使用者会立刻知晓,从而重新发送和接收指令。

原来,用量子通信方式传递信息,传送的是光的最小能量单元。但这种最小的颗粒,不能再被分割,也不能复制。即使采用最先进的理想单光子探测器,在1000公里光纤中进行点对点量子通信,每300年也只能传输一个比特。“就好比一支拥有100万人的队伍,到最后可能只剩下几个人,花了很长时间才能抵达目的地。”

这种受制于光纤,不能放大量子通信信号的问题,导致了在远距离上信息传递效率很低,令科学家们一筹莫展。虽然通过量子中继手段,即分成若干段传输来降低每一段的损耗,用“量子接力”的方式解决这一难题,但走向实际应用还需时日。

后来,科学家意识到,真空里不会有光的损耗,想要实现覆盖全球的广域量子保密通信,还需要借助卫星的中转。

2005年,潘建伟团队实现了13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验,证明光子穿透大气层后,其量子态能够有效保持,从而验证了星地量子通信的可行性。近几年开展的一系列后续实验都为发射量子卫星奠定了技术基础。

“这样一来,通过发射卫星,去除干扰因素,就可以实现几千公里的量子通信。”潘建伟说,有了量子卫星,还可以在宏观距离上检验所谓的量子力学的非局域性,也就是“幽灵般的超距作用”。“看看在实验室里不断被重复检验的理论,放在太空是否还能实现。”

命名缘由

首颗量子通信卫星以我国古代科学家墨子的名字来命名。墨子最早提出过光线沿直线传播的观点,进行了小孔成像实验。用他的名字命名以纪念他在早期物理光学方面的成就。

墨子最早通过小孔成像实验发现了光是直线传播的,第一次对光直线传播进行了科学解释——这在光学中是非常重要的一条原理,为量子通信的发展打下了一定的基础。墨子还提出了某种意义上的粒子论。光量子学实验卫星以中国科学家先贤墨子来命名,体现了中国的文化自信。

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