昨日下午1時(shí)40分，由我國(guó)科學(xué)家自主研發(fā)的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通訊。這將是跨徑最大、史上最安全的通訊網(wǎng)路。
本次任務(wù)還搭載發(fā)射了中國(guó)科大學(xué)研發(fā)的黏稠大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和英國(guó)科學(xué)實(shí)驗(yàn)小衛(wèi)星。
未來(lái)五年將完成三大實(shí)驗(yàn)任務(wù)
未來(lái)五年內(nèi)，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將進(jìn)行三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。進(jìn)行星地高速量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，尋求更廣范圍乃至全球范圍量子通訊的最終實(shí)現(xiàn)。進(jìn)行星地量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)和地星量子隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，舉辦宏大尺度上對(duì)量子理論本身展開(kāi)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。在衛(wèi)星平臺(tái)上所進(jìn)行的三大實(shí)驗(yàn)，有望形成重大數(shù)學(xué)發(fā)覺(jué)，從而推動(dòng)整個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)的發(fā)展。
量子衛(wèi)星首席科學(xué)家中科院教授潘建偉表示，“可能第一個(gè)實(shí)驗(yàn)最容易，前面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)困難一點(diǎn)。我們對(duì)完成這三類實(shí)驗(yàn)，都十分有信心。”
力爭(zhēng)在2030年建成全球量子通訊網(wǎng)
潘建偉教授介紹，在量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)順利完成以后，將會(huì)約請(qǐng)國(guó)際伙伴參與進(jìn)來(lái)，在上海與維也納之間進(jìn)行量子保密通信項(xiàng)目。據(jù)悉，作為一顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，本次發(fā)射的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星主要承當(dāng)科研任務(wù)。在科研之余，還可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行量子保密通訊方面的實(shí)際應(yīng)用。
△“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”工作示意圖
據(jù)了解，在首顆量子通訊衛(wèi)星發(fā)射后，我國(guó)還將相繼發(fā)射多顆量子衛(wèi)星，力爭(zhēng)在2020年實(shí)現(xiàn)亞洲和歐洲之間的洲際量子保密通訊，在2030年前后率先建成全球一體化的廣域量子保密通訊網(wǎng)路。
“墨子號(hào)”的獨(dú)門絕活有什么？
640公斤的量子衛(wèi)星，在衛(wèi)星家族中只是不起眼的小胖子，不過(guò)瘦弱的量子衛(wèi)星可并非以重量碾壓群雄，它的取勝法寶是3個(gè)神奇武器。
武器1：激光器。激光器的作用就是生成單個(gè)的光量子。量子是能量等化學(xué)量的最小單元，光量子也就是光的最小量子單元。
武器2：量子糾纏源。和激光器不同，它的使命是制造出一對(duì)對(duì)處于糾纏狀態(tài)的光量子。你們可以把糾纏狀態(tài)想像成一對(duì)相互吸引的吸鐵石，不同之處在于，糾纏中的量子雖然相隔萬(wàn)里也能心靈相通，其中一個(gè)狀態(tài)發(fā)生改變，另一個(gè)也會(huì)相應(yīng)改變。愛(ài)因斯坦把這些現(xiàn)象形容為“如幽靈通常的遠(yuǎn)距離作用”。
武器3：量子秘鑰通訊機(jī)和量子糾纏發(fā)射機(jī)。這兩個(gè)儀器相當(dāng)于發(fā)射器，都是負(fù)責(zé)把光量子發(fā)射到地面實(shí)驗(yàn)站。秘鑰通訊機(jī)是一對(duì)一，發(fā)射單個(gè)光量子到單個(gè)地面站，糾纏發(fā)射機(jī)則是一對(duì)二，把成對(duì)的糾纏光量子分別發(fā)射到兩個(gè)地面站。
從500公里開(kāi)外的太空上向地面的實(shí)驗(yàn)站發(fā)射光量子，這是史無(wú)前例、世界首次。首先要把衛(wèi)星上的光軸和地面實(shí)驗(yàn)站的光軸對(duì)準(zhǔn)，之后再把肉眼根本看不見(jiàn)的光量子從天下打出來(lái)。而這個(gè)對(duì)準(zhǔn)精度比普通衛(wèi)星的對(duì)準(zhǔn)精度高出了十倍，可謂針尖對(duì)麥芒。
除了要從衛(wèi)星上發(fā)射光量子到月球，雄心勃勃的科學(xué)家們還要從月球發(fā)射光量子到衛(wèi)星上，之后借助遠(yuǎn)距離的量子糾纏效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光量子狀態(tài)在星地間的傳輸。一旦實(shí)現(xiàn)，時(shí)空穿越便不再是夢(mèng)。
那為何挪到天起來(lái)做量子實(shí)驗(yàn)，答案是為了月球人通訊更安全。
量子天生就是個(gè)防監(jiān)聽(tīng)利器，它有兩個(gè)基本特點(diǎn)：不可分割、不可復(fù)制。再加上連大科學(xué)家們都未能解釋的超遠(yuǎn)距離的量子糾纏效應(yīng)，使它足以擔(dān)當(dāng)保鏢的職責(zé)，護(hù)送著絕密的信息一起發(fā)送給接收方。雖然監(jiān)聽(tīng)者的估算能力再?gòu)?qiáng)，破解密碼技術(shù)再高，一旦碰上了量子秘鑰，便會(huì)原形畢露，被抓現(xiàn)行。
雖然我們?cè)缫呀ǔ捎霉饬孔觽鬏數(shù)臏麑幫ㄓ嵏删€，而且光量子在光纖線路中的傳輸距離較短，每100公里便須要一個(gè)中繼器來(lái)幫助它完成接力賽跑。但在大氣層中，它卻可以一次性傳遞幾千公里，所以中國(guó)的科學(xué)家們決定用天上的衛(wèi)星來(lái)幫助光量子實(shí)現(xiàn)更大范圍的傳輸。日后，科學(xué)家們都會(huì)嘗試發(fā)射更多的量子通訊衛(wèi)星，借以建立包含國(guó)防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的絕對(duì)安全的全球量子保密通訊網(wǎng)。
全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星誕生記
△量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星示意圖（中科院國(guó)家空間科學(xué)中心供圖）
完全由我國(guó)自主研發(fā)的全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星已于昨日（16日）發(fā)射，從最初醞釀和前期技術(shù)存貯量子通訊的原理，到現(xiàn)在成功發(fā)射，前后長(zhǎng)達(dá)十多年。下邊，小編帶你們一起了解一下它的“星路歷程”。
2003年，潘建偉提出量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星計(jì)劃。
2011年1月，中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)啟動(dòng)量子衛(wèi)星列入其中。
2011年12月，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程啟動(dòng)。
2012年12月，轉(zhuǎn)到初樣研發(fā)階段量子通訊的原理，衛(wèi)星開(kāi)始成型。
2014年12月，轉(zhuǎn)到正樣研發(fā)階段，衛(wèi)星開(kāi)始成熟。
2015年12月，完成星地光學(xué)對(duì)接試驗(yàn)，達(dá)到科學(xué)目標(biāo)要求。
2016年2月，完成大系統(tǒng)聯(lián)試協(xié)調(diào)匹配性得到驗(yàn)證。
2016年7月，量子衛(wèi)星和長(zhǎng)征二號(hào)丁鵜鶘從北京運(yùn)往蘭州。
2016年8月，完成測(cè)試星箭起吊。
2016年8月下旬，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射。
