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世界首颗量子科学实验卫星整装待发
添加时间:2016-8-15  来源:科技日报  点击:767  
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2016年4月18日,我国首颗微重力科学实验卫星实践十号返回地球。图片来源:新华网

   科技日报内蒙古额济纳旗东风航天城8月14日电 (记者高博)“一定要在不远的将来赶上和超过世界先进水平。”废弃的地下指挥掩体的墙上,刷着1960年代的大红标语。10公里外的东风发射场发射塔架下,世界首颗量子科学实验卫星正在准备,将于近日发射。它是中国科技开始引领世界的一个象征。

  “这是首颗有量子能力的卫星,是朝向未来量子互联网发展的重要一步。”量子通信学权威,维也纳大学教授蔡林格(Anton Zeilinger)告诉科技日报记者,在量子卫星的太空竞赛中,“中国肯定是唱主角。”

  此次蔡林格教授也来到了酒泉卫星发射中心观看发射。他认为:“在太空的挑战,是设备必须足够可靠。”蔡林格也证实了下一步北京将和维也纳建立量子通信:“那将是第一次全球规模的量子通信。”

  尽管世界各国媒体和国内产业界均高度关注量子卫星,但研制方中科院和潘建伟教授十分低调,不愿透露更多进展。中科院提供的信息显示,量子卫星在两年的设计寿命中,将完成四大任务:星地高速量子密钥分发实验,广域量子通信网络实验,星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验。

  通过中国研发的星地量子通信设备,经过编码的光子将被发射到地面,由地面系统负责接收。量子卫星的两个激光器必须分别瞄准两个地面站,精度极高,被称为“针尖对麦芒”。

  “一颗卫星对准两个地面站的实验从来没有过,国际上也是第一次做这么高精度的跟踪和地面站配合。”中科院国家空间科学中心主任吴季说。

  实验涉及合肥中心和乌鲁木齐南山、河北兴隆、青海德令哈和云南丽江四个台站。南山和德令哈的1.2米口径望远镜和改造后的兴隆、丽江米级望远镜是核心部分。中国在国际上第一次研制了高跟踪精度、指向精度和信号光高保偏(保证光子携带的信息被原样识别)的望远镜。

  中科院表示:此次发射也标志着潘建伟与蔡林格的友谊达到高峰,尽管存在激烈的竞争;蔡林格是潘建伟的博士生导师,他们目前又建立了合作关系。预计在2020年,中欧之间将通过量子通信卫星连接。(科技日报)

  科普量子通信

  1、无条件安全

  众所周知,通信保密在国防、金融、政务、商业等领域具有重要作用。就目前和可以预见的将来来看,量子通信被公认是迄今为止唯一被严格证明能"无条件安全"的通信方式,可确保通信安全和提升计算速度。

  量子世界中存在一种类似“心电感应”的现象,即通常所说的量子纠缠。实验验证,具有纠缠态的两个粒子无论相距多远,只要一个发生变化,另外一个也会瞬间发生变化。其原因目前还没搞清楚。

  2、窃听者止步

  量子通信是将信息编码加载到单个光量子叠加态的偏振方向上。在量子保密通信过程中,发送方和接收方采用单个光量子的状态作为信息载体来建立密钥。由于单个光量子是光能量的最小组成单元,不能被再分割,所以在单个光量子发射的情况下,窃听者无法将单个光量子分割成两部分,让其中一部分继续传送,而对另一部分进行状态测量获取密钥信息。又由于不可被精确的复制,所以窃听者无论是对单个光量子状态进行测量或是试图复制之后再测量,都会对光量子的状态产生扰动,从而使窃听行为暴露。

  量子通信永远不会泄密的原因之一是,量子加密的密钥是随机的,即使被窃取者截获,也无法得到正确的密钥,因此无法破解信息;其二,分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子,其中1个粒子的量子态发生变化,另1个粒子的量子态就会随之立刻变化,根据量子理论,任何干扰都会立刻改变量子态,使窃取者得到的信息遭到破坏,并非原有信息。

  3、优点真不少

  与成熟的传统通信技术相比,量子通信具有以下主要优点:

  一是保密性强。二是隐蔽性高,量子通信是一种完全无“电磁”的通信技术,现有的无线电探测系统无法对其进行探测。三是应用性广,量子既可在太空中进行通信,又可以在海底等恶劣条件下通信,还可以在光纤等介质中进行信息“传递”,可以应用到各种应用场景。四是时效性高,由于量子通信时延为零,能极大地提高通信速度。

  近年来,我国科学家潘建伟院士带领的团队在自由空间量子纠缠分发和量子隐形传态实验方面不断取得国际领先的突破性成果,为基于卫星的广域量子通信和量子力学基础原理检验奠定了坚实基础。

  4、非卫星不可

  虽然在光纤中可以实现城域量子通信网络,但由于光量子易被光纤吸收,存在固有的光量子损耗,与环境的耦合也会使量子纠缠品质下降,导致信号在光纤传送的过程中越来越弱,因此仅仅利用光纤难以实现远距离的量子通信。另外,近地面自由空间通道会受地面障碍物、地表曲率、气象条件的影响,光量子传输难以在地面自由空间中向远距离拓展。

  为此,发展量子卫星通信是远距离光量子传输的必由之路。它能克服地表曲率、没有障碍物的阻碍;光量子在光纤中的损耗远高于自由空间的损耗,大气对光量子的吸收和散射远小于光纤,并能保持光量子极化纠缠品质。另外,受到地面条件的限制,很多地方无法铺设量子通信的专用光纤。(来源科普中国)


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