“墨子號(hào)”到底有多牛？

佘惠敏

世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星交付使用，為我國未來構(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，國際學(xué)術(shù)界給予高度評(píng)價(jià)。

1月18日，我國發(fā)射的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”圓滿完成了4個(gè)月的在軌測(cè)試任務(wù)，正式交付用戶單位使用。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(cè)控中心、中科院國家空間科學(xué)中心等單位相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)在交付使用證書上簽字。

那么，咱們來了解一下，“墨子號(hào)”到底有多牛。

世界上第一顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

“墨子號(hào)”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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，于2016年8月16日發(fā)射升空。該衛(wèi)星從科學(xué)概念的提出到關(guān)鍵技術(shù)突破，從有效載荷研制到科學(xué)成果的產(chǎn)出，由中國科學(xué)院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心主導(dǎo)完成。

“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星掠過阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上空（2016年12月9日攝。）

面對(duì)在國際上首次開展空間尺度量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)這一全新的領(lǐng)域，從2003年開始，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中科院上海技術(shù)物理研究所、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、中科院光電技術(shù)研究所、國家天文臺(tái)、國家空間科學(xué)中心等單位的研究人員經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)10余年的協(xié)同攻關(guān)，創(chuàng)新性地突破了包括星地量子信道、空間單光子探測(cè)、高亮度空間量子糾纏光源等多項(xiàng)國際領(lǐng)先的關(guān)鍵技術(shù)，確保了衛(wèi)星的成功研制，為各項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的順利開展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

星地量子保密通信，千公里級(jí)量子糾纏分發(fā)

“墨子號(hào)”的主要應(yīng)用目標(biāo)是通過衛(wèi)星和地面站之間的量子密鑰分發(fā)，實(shí)現(xiàn)星地量子保密通信，并通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可覆蓋全球的量子保密通信。“墨子號(hào)”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(gè)數(shù)量級(jí)以上。該項(xiàng)技術(shù)突破不僅使得我國具備了對(duì)光纖無法覆蓋的地區(qū)——如我國的南海諸島、駐外使領(lǐng)館、遠(yuǎn)洋艦艇等——直接提供高安全等級(jí)量子通信保障的能力，并為我國未來構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化量子保密通信網(wǎng)絡(luò)提供可靠的技術(shù)支撐。

“墨子號(hào)”的另一前沿研究目標(biāo)是在量子物理基本問題檢驗(yàn)領(lǐng)域：即通過千公里量級(jí)的量子糾纏分發(fā)，首次在空間尺度檢驗(yàn)量子力學(xué)的非定域性，并利用量子糾纏在地面和衛(wèi)星之間實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)。通過“墨子號(hào)”的星地糾纏分發(fā)，我們能夠在相距1200公里以上的兩個(gè)地面站之間以1對(duì)/秒的速度建立起量子糾纏，將使得人類首次具有在空間尺度開展量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力，并為未來在外太空開展廣義相對(duì)論、量子引力等物理學(xué)基本原理的檢驗(yàn)做好了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)準(zhǔn)備，成為我國在基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域?qū)κ澜绲挠忠恢匾暙I(xiàn)。

測(cè)試階段性能卓越，超過系統(tǒng)指標(biāo)要求

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在軌測(cè)試階段全面完成了衛(wèi)星平臺(tái)測(cè)試、有效載荷自測(cè)試和天地一體化鏈路測(cè)試，衛(wèi)星平臺(tái)和有效載荷工作一切正常，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(shí)間同步精度、跟蹤瞄準(zhǔn)精度均超過系統(tǒng)指標(biāo)要求，可以滿足空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。

在交付儀式前，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程常務(wù)副總師王建宇研究員向與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)和專家做了衛(wèi)星在軌測(cè)試總結(jié)報(bào)告，并表示量子衛(wèi)星已經(jīng)在世界上首次建立了天地一體化量子通信實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，具備了開展空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的條件。量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士代表科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)做了量子衛(wèi)星壽命期工作安排報(bào)告。據(jù)潘建偉介紹，目前研究團(tuán)隊(duì)正在有條不紊地開展相關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作，已獲取了初步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)順利完成星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)、廣域量子密鑰應(yīng)用演示實(shí)驗(yàn)、星地雙向量子糾纏及地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)全部預(yù)先設(shè)定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)充滿信心。

改變世界的十大創(chuàng)新技術(shù)

量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星使我國在量子通信領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大了世界領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，并且作為我國基礎(chǔ)物理研究和航天工程兩個(gè)領(lǐng)域的完美結(jié)合，凸現(xiàn)了我國的綜合科技實(shí)力?！澳犹?hào)”從研制過程到成功發(fā)射均引起了社會(huì)上的廣泛關(guān)注和國際學(xué)術(shù)界的高度評(píng)價(jià)。

“墨子號(hào)”成功發(fā)射后，極大激起了公眾對(duì)量子科技的濃厚興趣。包括英國《自然》雜志、美國《科學(xué)》雜志、《科學(xué)美國人》、英國《新科學(xué)家》、《紐約時(shí)報(bào)》、英國廣播公司（BBC）等眾多國際知名學(xué)術(shù)和公共媒體都對(duì)“墨子號(hào)”進(jìn)行了專題報(bào)道，美國國家航天局（NASA）也在其官網(wǎng)上對(duì)“墨子號(hào)”發(fā)射任務(wù)給出了詳細(xì)的介紹。2016年底，“墨子號(hào)”和人類首次探測(cè)到引力波等重大成果共同入選英國《自然》雜志點(diǎn)評(píng)的年度國際重大科學(xué)事件;“墨子號(hào)”作為唯一誕生于美國本土之外的創(chuàng)新技術(shù)入選《科學(xué)美國人》評(píng)選的2016年度“改變世界的十大創(chuàng)新技術(shù)”;近日，《華爾街日?qǐng)?bào)》針對(duì)中國科技的高速發(fā)展給出了標(biāo)題為“沉寂了一千年，中國誓回發(fā)明創(chuàng)新之巔”的專題文章，將“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星作為中國創(chuàng)新能力提升的重要標(biāo)志。

編輯/余弘陽