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墨子号成功上天!关于量子通讯卫星,你需要知道这5件事
发布时间: 2016-08-17    浏览次数:345   发布者:道器网   来源:果壳网   点击评论

2016年8月16日凌晨,酒泉卫星发射中心,一枚长征二号丁运载火箭喷出闪亮的火舌,发出震耳欲聋的轰鸣,从发射塔架上缓缓升起,旋即一飞冲天。这是长征二号丁火箭的第29次发射,与以往的28次发射并无不同,成功将它运载的人造卫星送入了预定轨道。

然而,这次发射注定是不平凡的,因为被送入轨道的那颗卫星“墨子号”,是一颗量子通讯卫星。

这是啥?它有啥意义?有5件小事你需要知道。

 

1,这是中国第一颗,也是世界第一颗上天的量子卫星

这个你们都懂,不细讲。

 

2,在量子通讯领域,中国一直走在世界的前面

在墨子号发射之前,中国就已经走在量子通讯的前沿了。

中国科学技术大学的潘建伟团队,在合肥市实现了国际上首个所有节点都互通的量子保密通信网络,后来又利用该成果为60周年国庆阅兵关键节点间构建了“量子通信热线”。

然而,发展量子通信技术的终极目标,是构建广域乃至全球范围内绝对安全的量子通信网络体系。而想建设覆盖全球的量子通信网络,必需依赖多颗量子通信卫星。“墨子号”量子科学实验卫星,就是未来一系列量子通信卫星的探路者。

这颗卫星,让我们的优势扩大了。

 

3,这是科学到技术的一大步

墨子号上天的目的,一是验证量子力学的有效性,二是发展量子通信和加密技术。

对于第一个目的,美国麻省理工学院物理学教授Vladan Vuletic是这样评价的:“我并不指望卫星实验能够教给我们任何我们尚不了解的量子力学和有关量子奇特性质的知识。然而,量子科学实验卫星项目却有着非常重大的意义,它将会把科学转变为技术:如果实验成功,它将有可能建立比经典物理学更强有力的地面系统与空间系统链接。然后,这种链接可以在实际上用于安全的信息交流。因此,爱因斯坦用来反对量子物理学的比喻,最终成了一种交流工具,这将是一个非常激动人心的进展。”

“墨子号”量子科学实验卫星只是一个开始。量子科学实验卫星科学应用系统总师兼卫星系统副总师、中国科大微尺度物质科学国家实验室研究员彭承志表示:从长远来看,“要实现全球化量子通信,还需要长期的努力,特别是需要多颗卫星的组网。

这条征途没有尽头。好在,我们走在了世界的前列。

 

4,墨子号上去干啥?任务之一:研究量子纠缠

量子力学中最神秘的就是叠加态,而“量子纠缠”正是多粒子的一种叠加态。这或许是未来的通信黑科技,为保不被时代抛弃,你最好现在就学习一下什么叫量子纠缠——

以双粒子为例,一个粒子A可以处于某个物理量的叠加态,能够用一个量子比特来表示,同时另一个粒子B也可以处于叠加态。当两个粒子发生纠缠,就会形成一个双粒子的叠加态,也就是纠缠态。例如,有一种纠缠态就是,无论两个粒子相隔多远,只要没有外界干扰,当A粒子处于0态时,B粒子一定处于1态;反之,当A粒子处于1态时,B粒子一定处于0态。

如果用薛定谔的猫做比喻,即A和B两只猫如果形成上面的纠缠态:

那么无论两只猫相距多远,即便在宇宙的两端,当A猫是“死”的时候,B猫必然是“活”;当A猫是“活”的时候,B猫一定是“死”。

找一个和你超级合拍的小伙伴,穿上相反的颜色,在派对上里分头行动。假如没人搭理(观测)你们,就尽情放松;但只要有人和你交流,一定要和你的小伙伴协调一致:ta朝左旋,你就朝右;ta挥右手,你就挥左手。——这就是你和ta的量子纠缠。今年万圣节一定要试试看。

这种跨越空间瞬间影响双方的量子纠缠,曾经被爱因斯坦嘲笑为“远距离闹鬼”(spooky action at a distance)。

现在,一系列地面实验已经证明,当年被大佬们不屑一顾的“远距离闹鬼”真的存在。那么在空天领域,它是否也成立呢?墨子号上天,就将对这个方向进行验证

这将是对量子力学完备性的检验,这是我们的野心。

而另一个任务则务实的多, 那就是发明一套不可窃听的通信方式——利用量子的特性:

 

5,量子通讯为啥不可窃听?因为窃听会改变信息本身

这个问题有点复杂,让我们看一则漫画,松鼠会的Sheldon(公众号ID:Sheldon42)是这样解释的:

 

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