世界首顆量子衛(wèi)星交付用戶開展實驗

18日下午，我國發(fā)射的世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”在圓滿完成4個月的在軌測試任務(wù)后，正式交付給用戶單位中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)使用，開始進行首次星地之間的量子實驗。

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“墨子號”是由我國完全自主研制的世界上第一顆空間量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，于2016年8月16日發(fā)射升空。4個月的在軌測試期間，“墨子號”全面完成了衛(wèi)星平臺測試、有效載荷自測試和天地一體化鏈路測試，成功構(gòu)建了星地單向、星地雙向、地星單向量子信道，系統(tǒng)信道效率、時間同步精度、跟蹤瞄準精度均超過系統(tǒng)指標要求，滿足空間量子科學(xué)實驗的需求。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、西安衛(wèi)星測控中心、中科院國家空間科學(xué)中心等相關(guān)單位在交付使用證書上簽字，標志著世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星轉(zhuǎn)入正式實驗階段。

量子衛(wèi)星工程首席科學(xué)家 中科院院士 潘建偉：在軌測試現(xiàn)在是非常成功，也非常圓滿，之后呢，目前的所有的這個團隊會繼續(xù)在后面這幾個月里面，利用目前的非常好的這個實驗條件，希望能夠盡快地把這個三大科學(xué)任務(wù)完成。

可實現(xiàn)對南海諸島量子保密通信

“墨子號”的首要任務(wù)就是通過衛(wèi)星和地面站之間的量子密鑰分發(fā)，實現(xiàn)星地量子保密通信，并通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實現(xiàn)可覆蓋全球的量子保密通信。在軌測試表明，“墨子號”可以在千公里外的外太空以10kbps的速率給地面站分發(fā)量子密鑰，比地面同距離光纖量子通信水平提高了15個數(shù)量級以上。該項技術(shù)突破不僅使得我國具備了對南海諸島、遠洋艦艇等光纖無法覆蓋的地區(qū)直接提供量子保密通信的能力，并為我國構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化量子保密通信網(wǎng)絡(luò)提供了可靠的技術(shù)支撐。

三大實驗：密鑰分發(fā) 糾纏分發(fā) 隱形傳態(tài)

此外，“墨子號”還將首次進行星地之間的量子糾纏分發(fā)實驗和量子隱形傳態(tài)實驗，為在外太空開展廣義相對論、量子引力等物理學(xué)基本原理的檢驗奠定堅實的技術(shù)準備。

量子衛(wèi)星工程首席科學(xué)家 中科院院士 潘建偉：應(yīng)該是在比較短的時間里面，我們都非常有把握，能夠把這3個科學(xué)實驗全弄完。那完成之后，我們有的是跟國際合作相關(guān)，那么像我們的奧地利的同事，德國馬普所相關(guān)團隊，然后還有意大利的航天局，他們有相關(guān)團隊都給我們提出請求了，我們就可以實現(xiàn)一種基于衛(wèi)星的就是洲際的量子密鑰分發(fā)。那么除此之外，我們還有一個比較挑戰(zhàn)一點目標呢？我們會試圖能不能就是用我們的光把我們一些時間的信號，從天上嘗試一下把它相干地傳下來，那將來可能在這個引力的相關(guān)研究里面是會非常有用。

德令哈地面站將承擔(dān)兩項實驗任務(wù)

正式開始實驗后，量子衛(wèi)星“墨子號”和5個地面站之間，將進行星地量子密鑰分發(fā)、糾纏分發(fā)、隱形傳態(tài)三大科學(xué)實驗任務(wù)。5個地面站中，青海德令哈站尤其特殊，它是第一個與量子衛(wèi)星建立光通路的站點，承擔(dān)了三大實驗中的兩項。一起了解一下。

德令哈站與南山站之間主要進行量子糾纏分發(fā)實驗，依據(jù)衛(wèi)星過境的時間、高度以及幾個站點的天氣差異等，還可以安排與麗江站組合進行量子糾纏分發(fā)實驗，與興隆站配對進行量子密鑰分發(fā)實驗。

量子衛(wèi)星糾纏源主任設(shè)計師 印娟：德令哈（站）它比較特殊一點，就是說工程任務(wù)比較多一些，就是只要天氣好，基本上是都要安排實驗的。

量子力學(xué)認為，處于糾纏狀態(tài)的兩個量子，在空間上無論距離多遠，它們都像雙胞胎具有神秘的心靈感應(yīng)一樣，當(dāng)其中一個發(fā)生變化，另一個瞬間也會改變。1935年愛因斯坦提出來后，量子糾纏在地面上的驗證距離已達到200公里的極限。要想進一步拓展距離，在衛(wèi)星與地面之間進行實驗，成為不二之選。

量子衛(wèi)星糾纏源主任設(shè)計師 印娟：就從天（衛(wèi)星）到地之間，單條鏈路其實也將近千公里了，那么地面這兩個地面站，是相距1200公里，就是量子力學(xué)的這樣一個檢驗，就從物理上來講它是有很大意義的。

三大實驗過程中，首先，衛(wèi)星向地面站發(fā)射綠光，地面站向衛(wèi)星發(fā)射紅光，當(dāng)它們看到彼此發(fā)出的信標光時，表明衛(wèi)星和地面望遠鏡已經(jīng)對準。而光量子及其微小，衛(wèi)星與地面望遠鏡之間一旦角度偏離毫厘，將有可能差之幾十公里。科研人員通過獨特的相機，就可以實現(xiàn)精確對準。

量子衛(wèi)星糾纏源主任設(shè)計師 印娟：衛(wèi)星過境的時候外面能看到，但是我們在操作室或者是望遠鏡去看的時候，就要通過相機，那么相機上這個光斑就是天上的綠光。

青海德令哈站量子實驗負責(zé)人 李廣兵：如果我們看的光芒大，就是說明我們已經(jīng)捕獲了目標，已經(jīng)調(diào)整到最好位置了，這樣的話我們就可以進行正常那個數(shù)據(jù)接收了。

量子糾纏分發(fā)實驗中，衛(wèi)星將一對兒糾纏光子分別同時發(fā)給兩個地面站，成功接收后各自進行測量，再比照數(shù)據(jù)來檢驗星地間量子糾纏是否還存在。