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世界首颗量子卫星交付用户开展实验

央视新闻客户端 央视新闻客户端 2017年01月18日 18:37 A-A+ 二维码
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完成在轨测试  交付用户开展实验

18日下午,我国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试任务后,正式交付给用户单位中国科学技术大学使用,开始进行首次星地之间的量子实验。

“墨子号”是由我国完全自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星,于2016年8月16日发射升空。4个月的在轨测试期间,“墨子号”全面完成了卫星平台测试、有效载荷自测试和天地一体化链路测试,成功构建了星地单向、星地双向、地星单向量子信道,系统信道效率、时间同步精度、跟踪瞄准精度均超过系统指标要求,满足空间量子科学实验的需求。中国科学技术大学、中科院微小卫星创新研究院、西安卫星测控中心、中科院国家空间科学中心等相关单位在交付使用证书上签字,标志着世界首颗量子科学实验卫星转入正式实验阶段。

量子卫星工程首席科学家 中科院院士 潘建伟:在轨测试现在是非常成功,也非常圆满,之后呢,目前的所有的这个团队会继续在后面这几个月里面,利用目前的非常好的这个实验条件,希望能够尽快地把这个三大科学任务完成。

可实现对南海诸岛量子保密通信

“墨子号”的首要任务就是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发,实现星地量子保密通信,并通过卫星中转实现可覆盖全球的量子保密通信。在轨测试表明,“墨子号”可以在千公里外的外太空以10kbps的速率给地面站分发量子密钥,比地面同距离光纤量子通信水平提高了15个数量级以上。该项技术突破不仅使得我国具备了对南海诸岛、远洋舰艇等光纤无法覆盖的地区直接提供量子保密通信的能力,并为我国构建覆盖全球的天地一体化量子保密通信网络提供了可靠的技术支撑。

三大实验:密钥分发 纠缠分发 隐形传态

此外,“墨子号”还将首次进行星地之间的量子纠缠分发实验和量子隐形传态实验,为在外太空开展广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验奠定坚实的技术准备。

量子卫星工程首席科学家 中科院院士 潘建伟:应该是在比较短的时间里面,我们都非常有把握,能够把这3个科学实验全弄完。那完成之后,我们有的是跟国际合作相关,那么像我们的奥地利的同事,德国马普所相关团队,然后还有意大利的航天局,他们有相关团队都给我们提出请求了,我们就可以实现一种基于卫星的就是洲际的量子密钥分发。那么除此之外,我们还有一个比较挑战一点目标呢?我们会试图能不能就是用我们的光把我们一些时间的信号,从天上尝试一下把它相干地传下来,那将来可能在这个引力的相关研究里面是会非常有用。

德令哈地面站将承担两项实验任务

正式开始实验后,量子卫星“墨子号”和5个地面站之间,将进行星地量子密钥分发、纠缠分发、隐形传态三大科学实验任务。5个地面站中,青海德令哈站尤其特殊,它是第一个与量子卫星建立光通路的站点,承担了三大实验中的两项。一起了解一下。

德令哈站与南山站之间主要进行量子纠缠分发实验,依据卫星过境的时间、高度以及几个站点的天气差异等,还可以安排与丽江站组合进行量子纠缠分发实验,与兴隆站配对进行量子密钥分发实验。

量子卫星纠缠源主任设计师 印娟:德令哈(站)它比较特殊一点,就是说工程任务比较多一些,就是只要天气好,基本上是都要安排实验的。

量子力学认为,处于纠缠状态的两个量子,在空间上无论距离多远,它们都像双胞胎具有神秘的心灵感应一样,当其中一个发生变化,另一个瞬间也会改变。1935年爱因斯坦提出来后,量子纠缠在地面上的验证距离已达到200公里的极限。要想进一步拓展距离,在卫星与地面之间进行实验,成为不二之选。

量子卫星纠缠源主任设计师 印娟:就从天(卫星)到地之间,单条链路其实也将近千公里了,那么地面这两个地面站,是相距1200公里,就是量子力学的这样一个检验,就从物理上来讲它是有很大意义的。

三大实验过程中,首先,卫星向地面站发射绿光,地面站向卫星发射红光,当它们看到彼此发出的信标光时,表明卫星和地面望远镜已经对准。而光量子及其微小,卫星与地面望远镜之间一旦角度偏离毫厘,将有可能差之几十公里。科研人员通过独特的相机,就可以实现精确对准。

量子卫星纠缠源主任设计师 印娟:卫星过境的时候外面能看到,但是我们在操作室或者是望远镜去看的时候,就要通过相机,那么相机上这个光斑就是天上的绿光。

青海德令哈站量子实验负责人 李广兵:如果我们看的光芒大,就是说明我们已经捕获了目标,已经调整到最好位置了,这样的话我们就可以进行正常那个数据接收了。

量子纠缠分发实验中,卫星将一对儿纠缠光子分别同时发给两个地面站,成功接收后各自进行测量,再比照数据来检验星地间量子纠缠是否还存在。

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