世界首颗量子卫星升空将传送不可破解的密码(1)

2016年08月17日 03:16
来源：新快报

入轨后将进行3个月左右的在轨测试再转入运行阶段; 两年中将完成量子密钥分发实验等四大任务

日期:[2016-08-17] 版次:[A04] 版名:[头条] 字体:【大中小】

■量子卫星长这样!今年5月25日,在中国科学院上海微小卫星工程中心,量子科学实验卫星总设计师朱振才(右四)、副总设计师周依林(左四)与工作人员在量子卫星旁合影留念。新华社发

入轨后将进行3个月左右的在轨测试再转入运行阶段; 两年中将完成量子密钥分发实验等四大任务

据新华社电中国16日1时40分在酒泉卫星发射中心,用长征二号丁运载火箭发射了世界首颗量子科学实验卫星,它将在太空向地面发送不可破解的密码以建立最安全保密的量子通信,并将对微观量子世界最离奇诡异的现象开展科学实验研究。

这颗卫星被起名为“墨子”,以纪念那位生活于2000多年前、崇尚科学的中国古代思想家。他是世界上第一位开展光学实验的科学家。

设计寿命两年

肩负四大任务

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。

量子卫星将在两年的设计寿命中完成四大任务:星地高速量子密钥分发实验;广域量子通信网络实验;卫星向相距1200公里的地面站分发纠缠的光子,在更宏大的尺度上测试被爱因斯坦称为“诡异的”量子纠缠现象;在“世界屋脊”西藏阿里和卫星之间实现量子隐形传态实验。

600多公斤重的量子卫星带有四个有效载荷:量子密钥通信机、量子纠缠源、量子纠缠发射机、量子实验控制与处理机。它将在距离地面500公里高的太阳同步轨道,大约90分钟绕地球一圈。

有助打造

“坚不可摧的通信系统”

专家说,如果卫星成功运行,中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,并结合地面已有的光纤量子通信网络,初步构建一个广域量子通信体系。这颗卫星将改变加密学,为中国打造坚不可摧的通信系统铺平道路,也意味着中国将成为全球量子通信技术的领头羊。

“量子科学实验卫星的发射,表明中国正从经典信息技术的跟随者,转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。”量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说。

这种安全的量子通信在国防、军事、金融等领域应用前景广阔。专家预测,量子通信技术可能在20至30年后对人类社会发展产生难以估量的影响。

诺贝尔物理学奖得主、美国科学院院士安东尼·勒盖特说:“在太空上远距离对量子力学的预测进行检验,我认为这将是非常有趣的一项实验”,“如果量子科学实验卫星上的实验能够获得成功,那么它肯定会为最终的量子互联网打下坚实的基础。”

■发射成功了!“墨子号”接下来要干哪些很厉害的事?

探索量子科学帮助理解“诡异的量子纠缠”

除了在建立量子通信网络方面的巨大应用价值外,这颗世界上首个专门用于量子研究的空间探测器,还将为理解量子物理的一个最深远和最令人费解的现象——量子纠缠迈出重要一步,将为物理学家提供一个测试量子理论基础以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论的全新平台。

量子物理世界一个奇异现象是纠缠效应,量子纠缠可以把两个或者更多粒子的命运关联在一起。在这一奇特关联中的粒子“心心相印”,无论它们是在同一间实验室还是相隔整个星系,当测量其中一个状态时,另一个状态也会即刻发生相应改变。形象点比喻的话,这就如同两张相距甚远的纸张,人们在其中一张纸上书写的时候,另一张纸上会立刻显现所书写的信息。

爱因斯坦将其称为“遥远地点之间诡异互动”。但是为什么会有这种现象?这依然是一个深奥的谜。

“对量子纠缠而言,在宏观的大尺度距离上,会不会有什么变化,会不会受到引力的干扰,实验上还是未知的。在卫星的帮助下,我们可以对物理学的一些基本问题做一些基本探索和检验,可能有新的物理发现。”潘建伟说。

目标“世界屋脊”西藏阿里做类似“超时空传输”的实验

另外,中国科学家还计划在“世界屋脊”西藏阿里和卫星之间做一个有趣实验——量子隐形传态。

此前,科学家开展的量子隐形传态实验都是在地面进行的,“这次我们要测试能不能把地面的微观量子态传到太空。”潘建伟说。

虽然这与《星际迷航》中的“超时空传输”很类似,但目前科学家开展的量子隐形传态实验中,被传输的是信息而并非实物,而且仅限于一两个粒子的信息。距离隔空传输宏观物体的信息,哪怕是一粒沙子,都还很遥远。

即使永远无法进行真正的宏观物质的量子隐形传送,也并不意味着这种技术的发展不重要。量子隐形传态在量子计算机和量子通信中发挥着巨大作用。

在北京和乌鲁木齐之间分发 “不可窃听与破译”的量子密钥

尽管神秘、令人琢磨不透的量子力学还迷雾重重,科学家们却已在利用量子世界的奇异特性开发威力强大的量子计算机和最为安全的量子通信。

如果量子计算机是“利剑长矛”,那量子密钥就是抵御它的“坚固盾牌”,它提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。

潘建伟说,量子密钥分发就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数,然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量,其自身状态就会立刻发生改变,从而一定会被发送方察觉并规避。由于量子密钥分发是最先实用化的量子信息技术,一般所说的量子通信即是指的量子密钥分发。

他说,量子通信理论上在光纤中最远能做到400公里,再远就做不下去了。而量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗,从天上向地面发送信号,大气厚度只相当于水平8至10公里,80%的光可以穿透大气,人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。