[科普中国]-揭世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”神秘面纱

揭开世界首颗量子科学实验卫星——“墨子号”的神秘面纱

■陶士亚、刘辉产、记者 邹维荣

2016年8月16日01时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星（简称“量子卫星”）发射升空。此次发射任务的圆满成功，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

据悉，量子卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，也是全球首颗量子科学实验卫星。该星经过前期相关工作，最终命名为“墨子号”。下面就让我们来认识一下量子科学实验卫星——“墨子号”。

科学目标：

是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；

在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。

工程目标：

研制1颗量子科学实验卫星，研制生产1发长征二号丁运载火箭，在酒泉卫星发射中心将卫星发射至高度为500km的预定轨道。

建设以4个量子通信地面站和1个空间量子隐形传态实验站为核心的天地一体化量子科学实验系统。

4项科学实验：

1、星地高速量子秘钥分发实验

在高精度捕获、跟踪、瞄准系统的辅助下，建立地面与卫星之间超远距离的量子信道，实现卫星与地面之间的量子秘钥分发，开展绝对安全的保密通信实验，量子秘钥初始码产生率大于1kbps。

2、广域量子通信网络实验

在地面建立两个光纤量子通信网络，通过光纤与其相邻的固定量子通信地面站连通。当卫星飞过量子通信地面站1上空时，通过星地量子秘钥分发过程在地面站1和卫星间建立秘钥K1；同理，地面站2和卫星间建立量子秘钥K2.卫星通过经典信道将K1和K2的异或结果公开发布，地面站1和地面站2两者之间建立绝对安全的量子秘钥，通过这样的方式将两个分隔遥远的地面光钎网络相互联通，实现广域覆盖量子通信网络。

3、星地量子纠缠分发实验

卫星上的量子纠缠光源同时向两个地面站分发纠缠光子，在完成量子纠缠分发后，对纠缠光子同时进行独立的量子测量，通过对千公里量级量子纠缠态的观测，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。

4、地星量子隐形传态实验

地面量子纠缠源将纠缠光子对中的一个光子通过地面发射望远镜发送到卫星平台，在地面将纠缠光子与待传送态进行联合Bell态测量实现量子隐形传态，卫星对接收到的纠缠光子进行量子测量以验证被传态的正确性，开展地星量子隐形传态的可行性研究。

1项技术演示试验：

星地双向激光通信技术演示试验

开展卫星的高速相干激光通信机与地面通信接收站之间实时的双向激光通信试验，进行图像、视频、数据等的在轨演示。星地最高数传码速率达5Gbps，达到国际先进水平。