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世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空

来源:默认部门     作者:23所站点管理员     发布时间:2016年09月14日     浏览次数:         

  2016年8月16日01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”(简称“量子卫星”)发射升空,“墨子号”的命名源于墨家学派的创始人墨子在战国时代就提出的“光沿直线传播”等观点以及墨子在物理学、光学领域的突出成就。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。

  量子科学实验卫星是继暗物质粒子探测卫星“悟空”、微重力科学实验卫星“实践十号”后,我国空间科学先导专项中第3颗升空的卫星。量子卫星工程由中国科学院国家空间科学中心抓总负责。中国科学技术大学负责科学目标的提出和科学应用系统的研制;中国科学院上海微小卫星创新研究院(上海微小卫星工程中心)抓总研制卫星系统,全面负责量子卫星整星研制工作;中国科学院上海技术物理研究所联合中国科学技术大学研制有效载荷分系统,其中中国科学院上海技术物理研究所承担了量子密钥通信机和量子纠缠发射机2项有效载荷的研制工作;中国科学院国家空间科学中心牵头负责地面支撑系统研制、建设和运行,对地观测与数字地球科学中心等单位参加。另外,中国科学院上海光学精密机械研究所承担了高速相干激光通信终端,以及量子通信科学实验跟瞄用的窄信标/同步激光器的研制任务;中国科学院上海硅酸盐研究所承担了量子卫星全部柔性薄膜热控涂层的研制任务。

  这颗量子卫星体重640公斤,是一个边长1.7米的立方体。卫星的内部分为上下两层,下层是电源、测控等常规卫星平台;上层是量子卫星的核心部件:量子密钥通信机,主要负责发射作为密钥的单个光子;量子纠缠源,主要负责生成呈纠缠状态的成对光子;量子纠缠发射机,主要负责和量子密钥通信机一起把呈纠缠状态的两个光子同时发射到两个地面站;量子试验控制与处理机,是实验任务的控制和处理系统。

  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,传统的通信加密和传输安全都是依赖于复杂的算法,但是只要对方的计算能力足够强大,再复杂的保密算法都能够被破解,所以都不能够做到绝对安全。量子通信能做到绝对安全,是由量子自身的特性所决定的。作为光的最小颗粒,单个的光量子在传输信息的时候具有测量不准、不可克隆等性质,这些特性构成了量子通信安全的基石。量子的保密通讯的这种手段,原理上都是无条件安全的,哪怕计算能力再强,也是破解不了的,所以从这个角度上讲,它就是一种革命性的东西。因此,这颗量子科学实验卫星将开创人类量子通信卫星的先河,在实现一系列量子通信科学实验目标的同时,尝试与地面光纤量子通信网络链接,为未来覆盖全球的天地一体化量子通信网络建立技术基础。

  据量子科学实验卫星工程副总指挥龚建村介绍,量子卫星的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;在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。

  本次的量子实验卫星携带着四大任务:星地高速量子密钥分发的实验;广域量子通信网络实验任务;星地双向纠缠分发的实验;空间尺度量子隐形传态的实验,目标建立星地量子信道。在地面上有4个量子通信光学接受地面站,分别位于北京、新疆、青海和云南,还有1个是位于西藏的量子隐形传态发射实验站,它们与量子卫星共同构成了天地一体化的科学实验系统。

  此次我国自主研发的量子卫星突破了一系列高新技术,包括同时瞄准两个地面站的高精度星地光路对准、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等工程级关键技术等,卫星设计寿命为两年。量子卫星的成功发射和在轨运行,将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位,实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升,有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破,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。