揭開世界首顆量子科學實驗衛星——“墨子號”的神秘面紗

　　■陶士亞、劉輝產、記者 鄒維榮

　　2016年8月16日01時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星（簡稱“量子衛星”）發射升空。此次發射任務的圓滿成功，標志著我國空間科學研究又邁出重要一步。

　　據悉，量子衛星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一，也是全球首顆量子科學實驗衛星。該星經過前期相關工作，最終命名為“墨子號”。下面就讓我們來認識一下量子科學實驗衛星——“墨子號”。

　　科學目標：

　　是借助衛星平臺，進行星地高速量子密鑰分發實驗，并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，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和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。

　　工程目標：

　　研制1顆量子科學實驗衛星，研制生產1發長征二號丁運載火箭，在酒泉衛星發射中心將衛星發射至高度為500km的預定軌道。

　　建設以4個量子通信地面站和1個空間量子隱形傳態實驗站為核心的天地一體化量子科學實驗系統。

　　4項科學實驗：

　　1、星地高速量子秘鑰分發實驗

　　在高精度捕獲、跟蹤、瞄準系統的輔助下，建立地面與衛星之間超遠距離的量子信道，實現衛星與地面之間的量子秘鑰分發，開展絕對安全的保密通信實驗，量子秘鑰初始碼產生率大于1kbps。

　　2、廣域量子通信網絡實驗

　　在地面建立兩個光纖量子通信網絡，通過光纖與其相鄰的固定量子通信地面站連通。當衛星飛過量子通信地面站1上空時，通過星地量子秘鑰分發過程在地面站1和衛星間建立秘鑰K1；同理，地面站2和衛星間建立量子秘鑰K2.衛星通過經典信道將K1和K2的異或結果公開發布，地面站1和地面站2兩者之間建立絕對安全的量子秘鑰，通過這樣的方式將兩個分隔遙遠的地面光釬網絡相互聯通，實現廣域覆蓋量子通信網絡。

　　3、星地量子糾纏分發實驗

　　衛星上的量子糾纏光源同時向兩個地面站分發糾纏光子，在完成量子糾纏分發后，對糾纏光子同時進行獨立的量子測量，通過對千公里量級量子糾纏態的觀測，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。

　　4、地星量子隱形傳態實驗

　　地面量子糾纏源將糾纏光子對中的一個光子通過地面發射望遠鏡發送到衛星平臺，在地面將糾纏光子與待傳送態進行聯合Bell態測量實現量子隱形傳態，衛星對接收到的糾纏光子進行量子測量以驗證被傳態的正確性，開展地星量子隱形傳態的可行性研究。

　　1項技術演示試驗：

　　星地雙向激光通信技術演示試驗

　　開展衛星的高速相干激光通信機與地面通信接收站之間實時的雙向激光通信試驗，進行圖像、視頻、數據等的在軌演示。星地最高數傳碼速率達5Gbps，達到國際先進水平。

揭世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”神秘面紗

圖文簡介

在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。建設以4個量子通信地面站和1個空間量子隱形傳態實驗站為核心的天地一體化量子科學實驗系統。