中新社酒泉8月16日電 8月16日01時40分，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星(簡稱量子衛(wèi)星)發(fā)射升空。此次發(fā)射任務(wù)的圓滿成功，標志著中國空間科學研究又邁出重要一步。
量子衛(wèi)星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星之一，其主要科學目標是借助衛(wèi)星平臺，進行星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，并在此基礎(chǔ)上進行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；在空間尺度進行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。
量子衛(wèi)星工程由中國科學院國家空間科學中心抓總負責。中國科學技術(shù)大學負責科學目標的提出和科學應(yīng)用系統(tǒng)的研制；中國科學院上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院(上海微小衛(wèi)星工程中心)抓總研制衛(wèi)星系統(tǒng)，中國科學院上海技術(shù)物理研究所聯(lián)合中國科學技術(shù)大學研制有效載荷分系統(tǒng)；中國科學院國家空間科學中心牽頭負責地面支撐系統(tǒng)研制、建設(shè)和運行，對地觀測與數(shù)字地球科學中心等單位參加。
中國自主研發(fā)的量子衛(wèi)星突破了一系列高新技術(shù)，包括同時瞄準兩個地面站的高精度星地光路對準、星地偏振態(tài)保持與基矢校正、星載量子糾纏源等工程級關(guān)鍵技術(shù)等，衛(wèi)星設(shè)計壽命為兩年。量子衛(wèi)星的成功發(fā)射和在軌運行，將有助于中國在量子通信技術(shù)實用化整體水平上保持和擴大國際領(lǐng)先地位，實現(xiàn)國家信息安全和信息技術(shù)水平跨越式提升，有望推動中國科學家在量子科學前沿領(lǐng)域取得重大突破，對于推動中國空間科學衛(wèi)星系列可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
本次任務(wù)還搭載發(fā)射了中國科學院研制的稀薄大氣科學實驗衛(wèi)星和西班牙科學實驗小衛(wèi)星。
長征二號丁運載火箭由中國航天科技集團公司所屬上海航天技術(shù)研究院研制。此次發(fā)射是長征系列運載火箭的第234次飛行。
太空衛(wèi)星模擬資料圖
“量子科學實驗衛(wèi)星”工作示意圖。
工作人員調(diào)試超冷原子光晶格平臺的激光伺服系統(tǒng)。 新華社發(fā)
潘建偉院士演示實用化量子通信產(chǎn)品進行遠距離保密通話。新華社發(fā)
量子通信是什么？
量子世界中存在一種類似“心電感應(yīng)”的現(xiàn)象，即量子糾纏。就好比有些雙胞胎，雖然哥哥在北京，弟弟在上海，當哥哥特別高興時，弟弟也會特別高興；而哥哥特別痛苦的時候，弟弟也會特別痛苦。
量子糾纏是指在微觀世界里，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們相距多遠，只要一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子狀態(tài)也會發(fā)生相應(yīng)變化，即兩個或兩個以上的穩(wěn)定粒子間會有強的量子關(guān)聯(lián)，但為什么會這樣？科學家們直到今天還沒搞清楚。
實驗已證明，具有糾纏態(tài)的兩個光量子無論相距多遠，只要一個發(fā)生變化，另外一個也會瞬間發(fā)生變化。量子保密通信就是利用這個特性實現(xiàn)的，即基于量子糾纏態(tài)的理論，通過量子密鑰傳輸和量子隱形傳態(tài)的方式實現(xiàn)信息傳遞。
其過程如下：事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的光量子，將這對光量子分別放在通信雙方，把具有未知量子態(tài)的光量子與發(fā)送方的光量子進行聯(lián)合測量，則接收方的光量子瞬間變化為某種狀態(tài)，這個狀態(tài)與發(fā)送方的光量子變化后的狀態(tài)是對稱的，然后把聯(lián)合測量的信息通過經(jīng)典信道傳送給接收方，接收方根據(jù)接收到的信息對變化的光量子進行幺正變換（相當于逆轉(zhuǎn)變換），就可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。
量子通信的關(guān)鍵要素是量子密鑰，用具有量子態(tài)的物質(zhì)作為密碼。在傳遞信息的過程中，量子密鑰一旦被截獲，其自身狀態(tài)會立刻發(fā)生改變，截獲量子密鑰的人只能得到無效信息，而信息的合法接收者也能立刻察覺，直到一把新的密鑰安全無誤地被接收。
量子衛(wèi)星能做什么？
我國量子科學實驗衛(wèi)星質(zhì)量約640千克，由長征-2D運載火箭發(fā)射，運行于500千米太陽同步軌道，軌道傾角為97.37°，設(shè)計在軌運行壽命2年?？茖W家已在相距300千米的地面成功進行了量子糾纏實驗，而量子科學實驗衛(wèi)星將把這個實驗帶到外層空間，連接中國和歐洲之間的量子通信網(wǎng)，旨在建立衛(wèi)星與地面遠距離量子科學實驗平臺，在國際上首次在空間大尺度下實現(xiàn)星地自由空間量子密鑰生成和分發(fā)，以及量子隱形傳態(tài)實驗等。
該衛(wèi)星的核心是一個能夠產(chǎn)生成對糾纏態(tài)光量子的晶體，無論它們分開多遠，其性質(zhì)仍然能糾纏在一起。其第一個任務(wù)是發(fā)送這些成對量子中的一方去往在北京和維也納的地面站，并使用它們來生成密鑰；第二個任務(wù)是證明這個糾纏可以存在于相隔上千米的粒子之間，因為量子理論預測糾纏一直存在于任何距離；第三個任務(wù)是嘗試地面與衛(wèi)星之間量子隱形傳態(tài)，使用通過傳統(tǒng)方式傳輸來的糾纏光量子對及其所攜帶的信息，在一個新位置重建光子的量子狀態(tài)。
