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墨子号卫星:量子科学实验的新起点

时间:2023-05-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:2016年8月16日,中国首颗量子科学实验卫星被发射至高度为500千米的预定轨道,在中国科学技术大学的量子科学实验控制中心的指挥和调度下,完成四项重要的科学实验: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、地星量子隐形传态实验。

墨子号卫星:量子科学实验的新起点

2016年8月16日,中国首颗量子科学实验卫星被发射至高度为500千米的预定轨道,在中国科学技术大学的量子科学实验控制中心的指挥和调度下,完成四项重要的科学实验: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、地星量子隐形传态实验。

从理论上说,量子纠缠和量子隐形传态,是量子力学领域当中最“诡异”的现象。虽然量子通信体系速度无法突破光速,但两个遥远纠缠粒子之间的“非局域”关联,仍不时地试探着相对论的边界。此次卫星在轨,就是为了验证纠缠光子分开一千千米的尺度后,是否依然保持纠缠特性。从技术上说,卫星在轨的重要实验目标就是完成星地量子保密通信。这是目前世界唯一的星地量子信道,下一步有望实现全球量子密钥初步业务化。

中国卫星技术的前景是光明的,近年来,我国卫星技术发展高歌猛进,“悟空暗物质粒子探测卫星、“墨子号”量子科学实验卫星、“慧眼”硬X射线调制望远镜、“太极一号”空间引力波探测技术实验卫星等“科学新星”冉冉升起,为科学界仰望星空、探索宇宙发挥重要作用。重大工程方面,北斗全球卫星导航系统完成组网;通信卫星领域,“东方红五号”卫星平台首发星成功定点,该平台将带动我国大型卫星公用平台升级换代,能力跨越式提升;遥感卫星领域,“高分”系列卫星相继发射,推动我国空间分辨率迈进亚米级时代;“风云”“海洋” 系列卫星均有多星在轨运行,技术指标达到世界先进水平。按照这种发展势头继续下去,中国的卫星必将引领世界发展方向。

|知识链接|

量子和量子通信

1.什么是量子?

构成世界的所有物质都是由很小的微粒组成的,所有的微观粒子,包括原子、分子、光子其实它们都是量子。可以说整个世界其实就是由量子组成的。一个物理量,如果有最小的单元而不可连续分割,就说这个物理量是量子化的,并把这最小的单元称为量子。

2.什么是量子通信?

量子通信是基于量子叠加、量子纠缠理论,通过隐形传输而实现的一种信息传递方式。什么是量子叠加、纠缠、隐形?量子叠加和量子纠缠是量子世界中两个基本原理,量子有很多个分身,现在假设量子的三个分身ABC,只要其中一个分身被发现(学术说法叫被测量),ABC就会随机消失掉两个,可能是AB,可能是BC,可能是AC,而仅留下一个,这个就叫量子叠加原理。而量子纠缠是指把两个量子纠缠在一起,一旦其中的一个分身被测量到了,那么这两个量子在同一地方的分身都会消失,它们分别只留下了一个分身。这就是量子纠缠,它帮助科学家完成了量子的隐形传输。

【注释】
(www.xing528.com)

[1].《人造卫星》,谢石著,《国外导弹与宇航》1980年第7期。

[2].《为什么人造地球卫星的轨道有各种形状?》,东方星著,《国际太空》2014年第9期。

[3].《世界第一颗人造地球卫星成功发射60周年》,齐真著,《国际太空》2017年第9期。

[4]. 《卫星的用途》,曲广吉著,《国外空间动态》1980年第2期。

[5].《中国第一颗人造地球卫星研制纪实》,刘畅、来肖华、陈琛著,《中国航天》2020年第4期。

[6].《航天日,看中国五十年璀璨“星”光》,付毅飞著,《科技日报》2020年4月24日。

[7]. 《2021中国的航天》白皮书,国务院新闻办公室。

[8].《发扬新时代北斗精神》,丁梦扬、陆树程著,中国社会科学网。

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