“墨子号”仍将继续更多太空量子实验

2018-09-28 14:00:02  海陆空天惯性世界    参与评论()人

不知不觉间,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”已在太空中度过了它的两岁生日。而据卫星设计团队透露,已经达到两年设计寿命的“墨子号”,如今各项指标仍很“健康”,未来还能再工作三年左右。

自2016年8月16日在酒泉卫星发射基地升空以来,“墨子号”完成了验证千公里级量子纠缠和密钥分发、实现洲际量子保密通信等一系列科学实验,将中国的量子通信带到了世界前沿。

“墨子号”仍将继续更多太空量子实验

“这两年,是中国在量子通信领域取得长足进步的两年。”中国科学院院士、国际著名量子科学家潘建伟表示,目前已在为“墨子号”研制接替者。未来,地球上空将出现量子星座、地球同步量子通信卫星。而“墨子号”将以先驱者的身份,在人类探索量子世界的历史上留下浓重一笔。

这是中国科学的一场探索之旅

2017年,“墨子号”的三大科学任务结果先后发表在《科学》《自然》杂志上。“墨子号”卫星工程总设计师徐博明特地从中国科学院空间科学中心要来了那期杂志。看到杂志封面上“墨子号”从夜空向地面发出的两道光,他很是感慨:“‘墨子号’号能在国际上产生如此巨大影响力,一开始真没想到。”

作为资深的气象卫星专家,2011年,当徐博明第一次得知自己要出任量子科学实验卫星工程总设计师时,心里有些不解:天地间相隔几百公里,还要穿越十几公里大气层,实验仪器要将光子一个个从卫星分发到地面基站,并确保地面准确接收,这能行吗?

2003年,当量子科学实验卫星首席科学家、中科院院士潘建伟最初提出这个科学设想的时候,很多人都认为是天方夜谭。

“墨子号”仍将继续更多太空量子实验

要实现科学家对空间量子实验的设想,必须有强大的科研工程作为后盾。一支量子科学卫星科研团队迅速集结:中科院国家空间科学中心、中国科学技术大学、上海航天技术研究院等上百家科研单位联合在一起,共同挑战这个史无前例的科学与工程难题。

“我一直觉得,科学家有一种个人英雄主义。可直到做‘墨子号’我才发现,在团队的力量面前,个人太渺小了。”潘建伟说,没有中国科学家打破门户之见的精诚合作,就没有“墨子号”的成功,这是中国科学的一场探索之旅。

与全天候工作的气象卫星不同,科学实验卫星并不需要24小时不间断工作,但卫星上会使用大量从未经过太空考验的新技术,这对航天工程而言,挑战巨大。

“我们没有重来的机会,必须一次成功。”徐博明说,量子科学实验卫星对参与项目的每个人来说,都是全新的,必须保证每个系统、每位工程人员都能理解它。

鲜为人知的是,“墨子号”研制期间,曾遇到过三次“意外”。最紧张的一次,发生在发射前两个月,信标光在测试中出现了不正常的衰减,而此时供他们修改时间最多只剩下一个月。

“墨子号”仍将继续更多太空量子实验

利用科学先发优势确立产业优势

曾经,受限于在光纤中的能量损耗,光量子的传输距离难以突破百公里级的瓶颈。“墨子号”一举突破了这一瓶颈,开创了利用卫星千里传送量子信息的先河,也将量子通信推到了实用的当口。

“墨子号”为中国科学赢得了巨大国际声誉,也标志着我国量子通信领域的研究在国际上处于领先地位。如今,利用“墨子号”,中国科大已多次与欧洲、非洲实现了洲际量子密钥分发实验;美国、加拿大也正在建设基站,希望与中国的“墨子号”建立信号连接。

“墨子号”仍将继续更多太空量子实验

不过,潘建伟深知,要持续保持我国在该领域的优势地位,还有无数险峻的科学与技术高峰需要攀登、翻越:量子通信技术要走向实用,卫星必须要能在白天强烈阳光干扰的环境下进行量子密钥的星地传输;同时,要实现24小时工作,得像北斗卫星那样,由高中低轨量子卫星组成“星座”,构建天地一体化的全球量子保密通信网络。

“希望‘十三五’末,能将应用型量子通信卫星发射升空,并尽快在一些重要部门加以应用和推广。”潘建伟说,这已不是单靠科学家能够完成的,需要工程、产业、金融等更多领域的人才参与进来,利用量子通信在科学上的先发优势,尽早确立我国在该领域的产业优势。

(责任编辑:李德全 CM034)
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