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我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星 揭其独门绝技

2016-08-16 18:16:00 来源:央广网

  央广网北京8月16日消息 据中国之声《新闻晚高峰》报道,今天凌晨1点40分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星发射升空。此次发射任务的圆满成功,标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

  量子卫星是中国科学院 空间科学先导专项首批科学实验卫星之一,其主要科学目标是借助卫星平台,进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。

  这里,首先为大家解释一下,什么是量子?量子是微观世界里一个不可分割的基本个体。比如光,就是有大量的“光量子”组成的。

  量子力学认为:两个处于量子纠缠态的粒子无论相隔多远,改变其中一个离子的状态,另一个粒子状态就会马上随之改变。

  量子科学,对绝大多数人来说十分高冷。但当它与信息技术相连,就与我们每个人息息相关。当今社会,信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险。而量子科学则为信息安全提供了“终极武器”。

  窃听者如果想拦截量子信号,并对其进行测量,将不可避免地破坏携带密钥信息的量子态。根据量子“测不准定理”,这种破坏必然会被信息发送者和接收者所发现。

  也许您会问:是否可以不破坏传输的量子态,只截取并复制,再继续发送?这已经被“量子不可克隆定理”完全排除,这也就保证了量子通信的绝对安全。

  那么,我国发射的世界首颗量子科学实验卫星有哪些独门绝技?

  星际间驾驭微观精灵:从五百公里开外的太空上,向地面的实验站发射光量子。这可是史无前例,世界首次。发射中,首先要把卫星上的光轴和地面实验站的光轴对准,然后再把肉眼根本看不见的光量子从天上打下来。而这个对准精度比普通卫星的对准精度高出了10倍,堪称针尖对麦芒。

  不仅要从卫星上发射光量子到地球,雄心勃勃的科学家们还要从地球发射光量子到卫星上。然后利用远距离的量子纠缠效应,实现光量子的状态在星地间的传输。一旦实现,瞬时移动便不再是梦。

  史上最安全全球通信榜:为什么跑到天上去做量子实验?答案是:为了地球人通信更安全。量子天生就是个防窃听神器,它有两个基本特性:不可分割、不可复制。再加上连大科学家们都无法解释的超远距离的量子纠缠效应,使它足以担当保镖的职责,护送着机密的信息,一起发送给接收方。即便窃听者的计算能力再强,破解密码技术再高,一旦碰上了量子秘钥,便会原形毕露,被抓现行。其实,我们已经建成了用光量子传输的京沪通信干线。但是,光量子在光纤线路中的传输距离较短,每100公里便需要一个中继器来帮助它完成接力赛跑。但是在大气层中,它却可以一次性传递几千公里。所以,中国的科学家们决定用天上的卫星来帮助光量子实现更大范围的传输。

  未来两年内,我国的量子科学实验卫星将进行三大科学实验任务:首先,进行星地高速量子秘钥分发实验,寻求更广范围乃至全球范围量子通信的最终实现;其次,进行星地量子纠缠分发实验和地心量子隐形传态实验;第三,开展宏大尺度上,对量子理论本身展开实验检验。

  在卫星平台上所进行的这三大实验有望产生重大物理发现,进而促进整个物理学的发展。中科院院士、量子卫星首席科学家潘建伟介绍,在气象条件允许的情况下,会充分地利用有限的资源,同步开展这三项科学任务。可能第一个实验最容易,后面两个实验可能科学上的难度,可能会困难一点。我们对完成这三类实验,都还是非常有信心的。

  量子通信技术什么时候才能“飞入寻常百姓家”?其实,量子通信目前已经实现在金融、政务系统等中的使用。要让每个人都用上,乐观的话需要10到15年。前提是,对基础设施进行改造,还涉及到标准制定。到时候,个人的网上银行、手机支付、信用卡等就再也不怕被盗号,“棱镜门”那样的泄密事件也不会发生了。

  而目前,量子计算仍然处于基础研究的阶段,前进道路上还面临着巨大的挑战,不知道在二、三十年的时间内能否实现初步的应用。一旦取得进展,它的意义将是极其重大的。

  潘建伟院士介绍,在量子科学实验卫星三大科学实验任务顺利完成之后,将会邀请国际伙伴参与进来,在北京与维也纳之间进行量子保密通讯项目。另外,作为一颗科学实验卫星,本次发射的量子科学实验卫星主要承担科研任务。在科研之余,还可以在小范围内进行量子保密通信方面的实际应用。

  潘建伟表示,从未来的角度讲,希望能够天上有一个通讯网络的星座。大概是多颗卫星之后,最后它的配合是需要有一个光纤网络,然后通过光线网络送到千家万户。这样,就可以来构建的一个广域的量子通讯网络。

  据了解,在首颗量子通讯卫星发射之后,我国还将陆续发射多颗量子卫星。力争在2020年实现欧洲和亚洲之间的洲际量子保密通信。在2030年前后,率先建成全球一体化的广域量子保密通信网络。

编辑:任芳

关键词:量子;科学实验卫星

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