金华东阳这位科学家让世界首颗量子卫星升空

来源:互联网新闻 时间:2020-04-28 22:08

金华东阳这位科学家让世界首颗量子卫星升空

16日凌晨1时40分,由我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射。将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。这将是跨度最大、史上最安全的通信网络。

本次任务还搭载发射了中国科学院研制的稀薄大气科学实验卫星和西班牙科学实验小卫星。

这次量子卫星发射的背后镌刻着一个为国际学界所熟知的名字——金华东阳籍科学家潘建伟。

先来了解一下这位牛人

1970年出生的潘建伟也是目前金华最年轻的一位两院院士,2011年当选中科院院士时才41岁。

潘建伟可以说是中国科学家典型的成功样本:41 岁当选“最年轻院士”,42 岁获得国际量子通信大奖,45 岁成为国家自然科学奖一等奖最年轻的第一完成人。

他所带领的团队,成果9 次入选两院院士评选的“年度十 大科技进展新闻”,1 次入选《自然》杂志评选的“年度十大科技亮点”,3 次入选英国物理学会评选的“年度物理 学重大进展”,3次入选美国物理学会评选的“年度物理学重大事件”。

记者发射前夕连线潘建伟团队

在卫星发射前2小时,浙江新闻客户端记者电话连线了量子科学实验卫星首席科学家、东阳籍中国科学院院士潘建伟团队。

潘建伟告诉记者,“墨子”号发射成功后,不仅将在国际上首次实现卫星与地面的远距离量子通信,进而演示广域的量子通信网络,还将通过超远距离的量子纠缠实验,来解答和验证“量子非定域性”等量子物理学的一些基本原理。

从提出量子卫星的设想到“墨子”号升空,潘建伟已准备了十多年。2003年,在大多数同行仍在致力于在实验室里实现量子通信时,潘建伟就想到为了真正实现远距离量子通信,可能需要卫星。

这是由于,光量子在光纤中损耗太大,而天空中80%的光能到达地面,将光子发送到外太空再借助卫星的中转,就可以有效实现相距数千公里的量子通信。

2004年底,潘建伟团队在地面实验中验证,量子状态在穿越整个竖直大气层后还能够很好存活,证实了星地量子通信的可能性。

2007年开始,潘建伟与中科院其他一些力量合作,做更多的地面验证;2010年,他们论证了发射卫星的可行性;2011年中科院正式立项量子科学实验卫星专项。5年后,卫星研制完成。

据介绍,“墨子”号的发射,之所以引起了全世界的关注,是因为它将是人类首次将量子实验室搬到太空,除了大幅推进广域量子通信技术的发展,还将通过在空间尺度验证量子力学的非定域性,加深人类对量子理论自身的理解。

“除了在国防、政务和金融领域通信安全的应用,我们希望通过5到10年的努力,在我国形成天地一体的广域量子通信网络基础设施和完整的量子通信产业链,未来在我们的手机上及千家万户的日常生活中得到应用。”潘建伟说。

“热烈祝贺墨子卫星发射成功!爸妈大阿姐小阿姐。”得知卫星发射成功,潘建伟父亲潘孟迪一早起来就给儿子发了一条祝贺短信,也带去了家人的牵挂。

潘建伟也马上回了一则短信:“谢谢爸爸、妈妈和全家人对我的理解与支持!建伟上。”

潘孟迪说,卫星发射完,儿子肯定还有很多事情要忙,所以家人没有打电话,就发了短信。不过,潘建伟的两个姐姐,潘丽萍、张逸晓熬夜收看了卫星发射直播。

“祝贺我国量子卫星发射成功,祝贺你,弟弟。这段时间工作很辛苦吧,希望你好好休息,保证接下来的工作更加顺利、成功。”潘建伟堂姐潘丽霞熬夜观看了卫星发射的电视直播,她也在第一时间家向潘建伟发去了短信。

未来两年将完成三大实验任务

未来两年内,量子科学实验卫星将进行三大科学实验任务。进行星地高速量子密钥分发实验,寻求更广范围乃至全球范围量子通信的最终实现。进行星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验,开展宏大尺度上对量子理论本身展开实验检验。在卫星平台上所进行的三大实验,有望产生重大物理发现,进而促进整个物理学的发展。

量子卫星首席科学家中科院院士潘建伟表示,“可能第一个实验最容易,后面两个实验可能会困难一点。我们对完成这三类实验,都非常有信心。”

力争在2030年建成全球量子通信网

潘建伟院士介绍,在量子科学实验卫星三大科学实验任务顺利完成之后,将会邀请国际伙伴参与进来,在北京与维也纳之间进行量子保密通讯项目。此外,作为一颗科学实验卫星,本次发射的量子科学实验卫星主要承担科研任务。在科研之余,还可以在小范围内进行量子保密通信方面的实际应用。

△ “量子科学实验卫星”工作示意图

据了解,在首颗量子通信卫星发射后,我国还将陆续发射多颗量子卫星,力争在2020年实现欧洲和亚洲之间的洲际量子保密通信,在2030年前后率先建成全球一体化的广域量子保密通信网络。

“墨子号”的独门绝技有哪些?

绝技一:小身材有“量”乃大

640公斤的量子卫星,在卫星家族中只是不起眼的小瘦子,不过娇小的量子卫星可并非以重量碾压群雄,它的获胜法宝是3个神奇装备。

装备1:激光器。激光器的作用就是生成单个的光量子。量子是能量等物理量的最小单元,光量子也就是光的最小量子单元。

装备2:量子纠缠源。和激光器不同,它的使命是制造出一对对处于纠缠状态的光量子。大家可以把纠缠状态想象成一对互相吸引的磁铁,不同之处在于,纠缠中的量子即使相隔万里也能心灵相通,其中一个状态发生改变,另一个也会相应改变。爱因斯坦把这种现象形容为“如幽灵一般的远距离作用”。

装备3:量子密钥通信机和量子纠缠发射机。这两个仪器相当于发射器,都是负责把光量子发射到地面实验站。密钥通信机是一对一,发射单个光量子到单个地面站,纠缠发射机则是一对二,把成对的纠缠光量子分别发射到两个地面站。

绝技二:星地间驾驭微观精灵

从500公里开外的太空上向地面的实验站发射光量子,这是史无前例、世界首次。首先要把卫星上的光轴和地面实验站的光轴对准,然后再把肉眼根本看不见的光量子从天下打下来。而这个对准精度比普通卫星的对准精度高出了十倍,堪称针尖对麦芒。

不仅要从卫星上发射光量子到地球,雄心勃勃的科学家们还要从地球发射光量子到卫星上,然后利用远距离的量子纠缠效应,实现光量子状态在星地间的传输。一旦实现,时空穿越便不再是梦。

绝技三:史上最安全全球通信网

那为什么跑到天上去做量子实验,答案是为了地球人通信更安全。

量子天生就是个防窃听神器,它有两个基本特性:不可分割、不可复制。再加上连大科学家们都无法解释的超远距离的量子纠缠效应,使它足以担当保镖的职责,护送着机密的信息一起发送给接收方。

即便窃听者的计算能力再强,破解密码技术再高,一旦碰上了量子密钥,便会原形毕露,被抓现行。

其实我们已经建成用光量子传输的京沪通信干线,但是光量子在光纤线路中的传输距离较短,每100公里便需要一个中继器来帮助它完成接力赛跑。但在大气层中,它却可以一次性传递几千公里,所以中国的科学家们决定用天上的卫星来帮助光量子实现更大范围的传输。

日后,科学家们还会尝试发射更多的量子通信卫星,以此构建包含国防、金融、政务、商业等领域的绝对安全的全球量子保密通信网。

全球首颗量子科学实验卫星诞生记

△量子科学实验卫星示意图(中科院国家空间科学中心供图)

完全由我国自主研制的全球首颗量子科学实验卫星已于今晨(16日)发射,从最初酝酿和前期技术贮备,到如今成功发射,前后历时十多年。下面,小编带大家一起了解一下它的“星路历程”。

2003年,潘建伟提出量子科学实验卫星计划。

2011年1月,中科院空间科学先导专项启动 量子卫星纳入其中。

2011年12月,量子科学实验卫星工程启动。

2012年12月,转入初样研制阶段,卫星开始成形。

2014年12月,转入正样研制阶段,卫星开始成熟。

2015年12月,完成星地光学对接试验,达到科学目标要求。

2016年2月,完成大系统联试 协调匹配性得到验证。

2016年7月,量子卫星和长征二号丁火箭从上海运往酒泉。

2016年8月,完成测试 星箭吊装。

2016年8月中旬,世界首颗量子科学实验卫星发射。

为世界首颗量子科学实验卫星发射点zan!为我们东阳籍科学家潘建伟院士点zan!

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