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(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。中國科學技術大學負責科學目標的提出和科學應用系統(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物理研究所聯(lián)合中國科學技術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，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鍵技術等，衛(wèi)星設計壽命為兩年。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實用化整體水平上保持和擴大國際領先地位，實現(xiàn)國家信息安全和信息技術水平跨越式提升，有望推動中國科學家在量子科學前沿領域取得重大突破，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”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)生相應變化，即兩個或兩個以上的穩(wěn)定粒子間會有強的量子關聯(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)。
量子通信的關鍵要素是量子密鑰，用具有量子態(tài)的物質作為密碼。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，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生成對糾纏態(tài)光量子的晶體，無論它們分開多遠，其性質仍然能糾纏在一起。其第一個任務是發(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)。
