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世界首颗量子卫星升空

(2016-08-17 09:36:54)
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文化

分类: 资讯
  昨晨1时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“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

 卫星与4个地面站构成实验系统

    我 国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟介绍,量子通信的安全性基于量子物理基本原理,单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的 不可窃听和不可破解,从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全,可从根本上、永久性解决信息安全问题。

    量子卫星于2011年12月立项,是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。其主要科学目标一是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;二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,在空间尺度验证量子力学理论。

    工程还建设了包括南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通信地面站和阿里量子隐形传态实验站在内的地面科学应用系统,与量子卫星共同构成天地一体化量子科学实验系统。

    潘建伟表示,我国自主研发的量子卫星突破了一系列关键技术,包括高精度跟瞄、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等。量子卫星的成功发射和在轨运行,实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升,对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。

 利用微光世界最小单元实现通信

    “传统的通信加密和传输安全,都是依赖于复杂的算法。”潘建伟近日接受《解放军报》采访时介绍,量子通信利用基于物理学的基本原理,利用微光世界的最小单元,在原理上将实现不会被破解的奇迹。

    潘 建伟形象地比喻,量子通信的基本特征就是利用微光世界的最小单元,比如15w灯泡,每秒都会发射一些能量,如果用放大镜来看它是由小颗粒组成,大概每秒钟 可以释放百亿个小颗粒,如果在量子通信中将这种小颗粒用来做信号,就不能被分割成半个的小颗粒,就像水分子一样,不能分成1/2个水分子。

    “如果有人在偷听,要么就是把光子拿走了,要么就是有人在拍照复制,不管怎样都会对状态产生影响。”潘院士介绍,与传统计算相比即便是再高级的保密通信,只要是通过当前的电话线、无线电、光纤等通信设施,都会面临被破译和窃听的可能。

    在计算能力凶猛的量子计算机面前,传统传输的密件,就像在裸奔一样。

 本次任务将进行3个月在轨测试

    本次任务还搭载发射了中科院研制的稀薄大气科学实验卫星和西班牙科学实验小卫星。量子卫星发射入轨后将进行3个月左右的在轨测试,然后转入在轨运行阶段。

    据介绍,长征二号丁运载火箭由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究院研制。此次发射是长征系列运载火箭的第234次飞行。

    此外,据新华社报道,我国还将陆续发射多颗量子卫星,力争在2030年前后率先建成全球化的广域量子保密通信网络。

    这张网络是由一连串环绕全球、相互纠缠的粒子组成的。这样的网络,能让人们安全地共享密钥,并且可以确凿无疑地发现窃听企图。

 量子计算机或10年内面世

    有观点认为,量子计算将在30年内带来像欧洲工业革命一样的巨变,对此潘建伟表示,除了通信可以比较好的改善信息安全和互联网安全外,量子计算也受到普遍的关注,尤其是随着大数据的到来,大家对于计算能力的提高需求越来越多。

    “量子通信和量子计算都是属于量子调控技术范围。”潘建伟表示,随着技术的发展,将实现对单个离子抓住、控制并相互作用,主动控制微观世界的能力正在慢慢增强。

    潘建伟预测,不到十年左右的时间,可能造出一种专用的量子计算机或称为量子模拟机,在某些计算能力上要比目前最快的传统计算机快百亿倍甚至更多。

    潘建伟希望能够把国内优势力量聚合到一起开展这一项工作。由于通用量子计算涉及多方面领域,如,计算最小的部件、超导的芯片、微纳加工、电子学,集成、软件、算法等,因此需要更长的研发时间。

为什么用“墨子”命名?

    潘 建伟透露,量子科学实验卫星正式命名为“墨子号”,是因为哲学家、墨家学派创始人墨子是一位鲜为人知的伟大科学家。《墨经》里记载了世界上第一个“小孔成 像”实验,该实验解释了小孔成倒像的原因,指出了光是沿着直线传播的,也是第一次对光直线传播进行科学解释,为量子通信的发展打下了一定的基础。

    取“墨子号”来命名量子卫星,和卫星本身的意义相符,也体现了我们的文化自信。

    如何影响普通人生活?

    潘建伟表示,量子通信的应用前景就像电话的普及过程一样,将逐步进行,蔚为可观。“一开始,量子通信可能会应用于国防、金融、政务、科学研究等,之后会在大众中广泛应用。”

    基 于个人判断,他给出了一个量子通信技术普及的“时间表”:5年左右很多机要部门开始应用,10年左右金融业、银行等大机构开始使用,15年的时间或许走进 千家万户。“届时,每个人的家里、手机上或许都会有一个量子加密芯片,银行转款、电子账户等的涉密操作,都不用担心被盗用或者攻击。”潘建伟表示,这需要 一个过程,依赖于量子通信网络的建设,应用成本也会逐渐下降。

   将进行4项科学实验

    1星地高速量子密钥分发实验

    在高精度捕获、跟踪、瞄准系统的辅助下,建立地面与卫星之间超远距离的量子信道,实现卫星与地面之间的量子密钥分发,开展绝对安全的保密通信实验,量子密钥初始码产生率大于1kbps。

2广域量子通信网络实验

    在地面建立两个光纤量子通信网络,通过光纤与其相邻的固定量子通信地面站连通。

 3星地量子纠缠分发实验

    卫星上的量子纠缠光源同时向两个地面站分发纠缠光子,在完成量子纠缠分发后,对纠缠光子同时进行独立的量子测量,通过对千公里量级量子纠缠态的观测,开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。

4地星量子隐形传态实验

    地面量子纠缠源将纠缠光子对中的一个光子通过地面发射望远镜发送到卫星平台,在地面将纠缠光子与待传送态进行联合Bell态测量实现量子隐形传态,卫星对接收到的纠缠光子进行量子测量以验证被传态的正确性,开展地星量子隐形传态的可行性研究。

 1项演示试验

    星地双向激光通信技术

    演示试验

    开展卫星的高速相干激光通信机与地面通信接收站之间实时的双向激光通信试验,进行图像、视频、数据等的在轨演示。星地最高数传码速率达5Gbps,达到国际先进水平。

文章来源:法制晚报国内部

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