量子通讯卫星发射前夕:首次大尺度检验量子力学基本原理

2016年08月15日 09:58 新浪科技 微博
微博 微信 空间 分享 添加喜爱

  文章来源:蝌蚪五线谱

  2016年8月中旬,中国乃至世界上第一颗量子通讯卫星即将在酒泉卫星发射中心发射升空。

  这个卫星项目的首席科学家是中国科技大学常务副校长潘建伟院士。

  潘建伟曾经在1996年硕士毕业后,经导师推荐,赴量子科学研究的前沿阵地—奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位,师从量子实验研究的世界级大师蔡林格,他们一起开创了量子通讯的实验领域。    

  要说为什么奥地利的量子技术会如此杰出,我们不得不承认,量子力学的鼻祖薛定谔与泡利都是奥地利人,因此奥地利的量子技术是有学养传统的。

  在量子卫星发射前一周,蝌蚪君在北京大学专访了潘建伟以前在奥地利的同事,奥地利量子物理学家jorg Schmiedmayer(斯米德梅耶)。

513129222509045144斯米德梅耶在北京大学接受蝌蚪君采访

  斯米德梅耶告诉蝌蚪君,这个量子卫星项目是一个国际合作的项目。卫星虽然在中国发射,但是与奥地利也是有一些合作的,国际量子物理学界对这个卫星的发射很期待。因为这是第一次在大尺度上来检验量子力学基本原理是否正确。

  这颗卫星的发射高度大概在400公里,到时候卫星将在天上发射激光与地面建立联系,传递信息。

  400公里这个距离比北京到上海的距离要短,但是,这是自由空间的量子通讯,中间不需要中继器。北京到上海之间的量子通讯是每100公里就要“接力跑”:因为激光的衰减,需要每过一段距离先把量子信息转化为经典信息,然后再加密。

  在地球表面,100公里级别的自由空间量子通讯已经是极限了。如果不考虑地球表面是弯曲的,在100公里的尺度上,很难找到一块平地没有山脉丘陵的阻挡,可以让激光直线传递。

  之前潘建伟研究组之前在青海湖两岸做过100公里的量子通讯:

  为什么选择青海湖?因为青海湖的湖面很平,而且空气很好,这样激光的衰减就小,适合做量子通讯。

  当时做青海湖实验的两边的距离是100公里,取得了成功。但是,马上就有欧洲科学家在地中海找了2个岛屿,这两个岛屿距离140公里,他们也实现了量子通讯,超越了中国人的100公里的水平。

  这次中国人准备发量子通信卫星上天了,距离一下子拉大到了400公里。因此如果八月中旬卫星发射成功,同时地面上信号接收卫星的激光信号成功的话,欧洲人将在短期内无法赶上我们中国人了。

  斯米德梅耶告诉蝌蚪君,在技术上,这次中国的量子通讯卫星上天也是非常高的水平的,因为本次卫星发射上面至少安装了5个以上10个以下的激光器,而且 从卫星上发射激光要瞄准地面的红外接收站,这在技术上都是非常高水平的。斯米德梅耶告诉蝌蚪君,他不太确定还有没有其他类似的卫星能像本次卫星发射一样需 要在天上处理纠缠光子源等复杂的量子系统。

  蝌蚪君:“量子通信卫星依靠的是从卫星上朝地面发射近红外的激光,那么,如果遇见大气透明度不好,比如说雾霾,或者说有雷电天气,量子通信过程是不是会受到影响?”

  斯米德梅耶:“是的,遇到恶劣天气的话,量子通信过程是会受到影响的。不过我想强调的是,在量子通讯中并不是直接发射你要传递的信息,一般情况下分发 的是量子密钥,你可以通过经典通道来传递信息,只不过是使用卫星来传递这个量子密钥。因此,量子通信卫星传送的就是这个量子密钥,所以受天气影响会相对小 一些。”

  这次量子卫星发射是科学界的大事件,让我们拭目以待!祝愿卫星能顺利升空,地面能顺利接收到量子密钥。

  本篇采写  蝌蚪五线谱   张轩中

推荐阅读
聚焦
关闭评论

新闻早知道

口袋妖怪GO火过奥运会

口袋妖怪GO火过奥运会

与热门游戏《口袋妖怪Go》相比,奥运会赛事在巴西年轻人中正黯然失色。 [详细]

热门话题

首批第三方支付续牌终落地

首批第三方支付续牌终落地

续牌的27家第三方支付机构中,有15家续牌支付机构的业务范围都有一定的调整。 [详细]