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“墨子号”发射之后 第二次信息革命走来

导读: 我国于8月16日1时40分左右成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,它是人类历史上第一颗用于量子通信研究的量子科学实验卫星。该卫星由中国科学技术大学和中国科学院上海技术物理研究所共同研制,经过前期准备,于2012年正式立项,并历时多年研制成功。

  OFweek电子工程网讯 中国科学院10月12日上午举行新闻发布会,介绍量子科学实验卫星“墨子号”8月16日发射以来,已开展的部分测试及科学实验情况。

  量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍,量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射以来,量子科学实验卫星任务计划包括三个部分:发射入轨、在轨测试、开展实验。之前完成的是发射入轨的任务,目前正在开展在轨测试,为期约三个月。包括三个方面的测试,卫星平台测试、有效载荷测试、星地链路测试。

  我国于8月16日1时40分左右成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,它是人类历史上第一颗用于量子通信研究的量子科学实验卫星。该卫星由中国科学技术大学和中国科学院上海技术物理研究所共同研制,经过前期准备,于2012年正式立项,并历时多年研制成功。

  该卫星将配合多个地面站实施星地量子密钥分发、星地量子纠缠分发和地星量子远程传态等量子通信领域的实验。中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心、中国科技大学上海研究院副研究员张文卓告诉记者:“接下来量子号会积累大量实验数据,验证卫星量子通信的可行性和远距离量子纠缠的存在。”

  据潘建伟介绍,目前卫星已经完成卫星平台测试的情况,能源监控方面,电池组状态正常,太阳帆板供电正常,充电、放电功能正常。遥控指令与数据注入遥控成功率100%。

  同时姿态控制完成了速率阻尼模式、太阳捕获模式、帆板展开模式以及对惯性定向模式测试,卫星姿控系统运行正常,性能稳定。数传通信方面,重要遥测量稳定,符合预期。热控分系统加热回路工作正常,满足要求。星务管理方面,星务计算机状态正常,星务软件运行正常。

  潘建伟对记者表示,卫星已经完成测试,有效载荷各单机开机检查,状态均正常;完成载荷内部光轴自校正测试,光轴匹配精度满足任务要求;完成载荷单光子探测专项测试,单光子探测器暗计数指标符合预期;完成对所有地面站的跟瞄,稳定性良好,跟踪精度满足要求。在天气条件满足跟瞄要求的条件下,对站跟瞄均成功;纠缠源工作正常,光源亮度等指标满足任务要求;载荷指令注入、遥测下传以及科学数据下传均正常。

  此外,星地链路的测试目前正处于参数调整,寻找最佳工作点以及积累有效数据的过程中。在这之后还将完成三项科学任务,高速星地量子密钥分发,星地量子纠缠分发,实现大尺度量子非定域性检验,星地量子隐形传态。

  中国的目标是,力争到2030年左右率先建成全球化的广域量子保密通信网络,并在此基础上,构建信息充分安全的“量子互联网”。

  张文卓对记者表示,量子通信卫星是在不同的空间使用同一个系统的工作原理,利用高速相干激光将两个不同大洲的基站进行连接。如果此次发射的中国量子通信卫星实验成功,那么“墨子号”将是人类历史上的首创,也是世界上第一个实现跨大陆量子密钥分配的网络。

  据张文卓介绍,量子通信属于量子信息领域中最先实用化和产业化的方向,而量子信息是以量子物理学为基础的新一代信息科学技术。主要包含两个方面,一个是信息的传输,即量子通信。另一个是信息的处理,即量子计算。

  自量子力学诞生以来,物理学家通过认识各种宏观物质背后的量子力学规律,产生了凝聚态物理学和量子光学等学科方向,并在此基础上发展出了各种高新技术来改变世界。例如通过量子力学研究中电子性质而发现了半导体,通过量子力学研究电子能级受激辐射光子而发现了激光。在此基础上,20世纪50年代,物理学家们开始陆续研制出了半导体晶体管和激光器,从而催生了第一次信息革命,使得我们今天能便捷地使用各种计算机、智能手机和互联网。

  张文卓告诉记者:“第一次信息革命是属于‘经典信息’的革命。虽然我们必须用量子力学才能理解半导体和激光的本质与工作原理,我们所处理的还是经典的二进制信息(即经典比特)。信息传输和计算都基于经典物理学规律。而随着量子信息科学技术的诞生,这一条路逐渐发展到了一个全新的阶段,催生着第二次信息革命的出现,即完全属于‘量子信息’的革命。信息传输和计算都将直接基于量子物理学。其中量子通信作为排头兵,走在了这次信息革命的最前面,成为它的第一个突破点。”

  他还表示,由于量子计算需要直接处理量子比特,于是“量子远程传态”这种直接传的量子比特传输将成为未来量子计算之间的量子通信方式。未来量子远程传态和量子计算机终端可以构成纯粹的量子信息传输和处理系统,即量子互联网。这也将是未来量子信息时代最显著的标志。

  “墨子号”量子科学实验卫星就把远距离量子远程传态作为三个主要目标之一。通过地面站到卫星的纠缠光子发射,共享纠缠光子对。在地面站制备需要传输的量子比特,通过隐形传态将该量子比特发到卫星上。这将是人类第一次在空间尺度上实现量子比特传输。

  此外,“墨子号”的成功研制并发射,使得中国进一步扩大了在量子通信领域世界领先的优势。欧洲和美国也感受到了危机,并提出了一系列计划。欧盟在2016年3月提出的十亿欧元量子技术项目《量子宣言》(quantummanifesto)中,将地面和卫星之间的量子保密通信作为一个主要目标。美国国家科学基金(NSF)也启动了1200万美元的量子保密通信项目。因此“墨子号”和后续多颗量子通信卫星计划会进一步引发量子通信的国际竞争,加速全球量子保密通信网络的实现。

责任编辑:Trista
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