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超科幻:“墨子号”量子卫星与地面站通信试验照片公布

时间:2016年08月30日 信息来源:观察者网 点击: 【字体:


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日前,微博认证为中国科学院高能物理研究所研究员曹俊的网友@曹俊IHEP发布了这样一条微博:墨子号量子卫星和地面兴隆站进行的通信试验,红光为地面发射,绿光为墨子号发射(感谢韩越阳提供照片)。


很科幻、很高大上有木有!

原来这是世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”与地面进行试验的画面。

微博说明为“现任中科院量子信息卓越创新中心副研究员”的网友@九维空间Sturman解释说,照片中的两束光是信标光,对准卫星的地面两个望远镜做高速跟瞄用的,不是用来做量子通信实验的光(通信用单光子人们的肉眼也看不到)。绿色532纳米从星到地,红色810纳米从地到天。

他说,卫星和地面站各有一个望远镜来收和发量子通信的单光子,所以需要旁边用信标激光来瞄准。

至于为什么照片有红绿光的效果,@曹俊IHEP补充说,曝光200秒,所以看到一条线。

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@九维空间Sturman还透露,25日,兴隆站和量子卫星成功激光光束对接,26日晚,阿里站和量子卫星成功激光光束对接。这种对接有多难:500km的轨道高度,第一宇宙速度,200mm口径的望远镜,难度相当于你站在五十公里以外把一枚一角硬币准确地扔进一列全速行驶的高铁上的一个矿泉水瓶里!

据量子科学实验卫星首席科学家潘建伟此前介绍,“墨子号”承担着发射和传输光信号的重要任务,要想保证距离地球表面数百公里的光信号能够顺利被地面光学天线接收,难度就好比是“针尖对麦芒”一样。

他解释说,由于卫星发射的光信号是极其微弱的单光子级别,在由空间向地面传输的过程中会受到许多因素的干扰,比如星光、灯光等都将成为干扰信号传输的背景噪声。此外,卫星的运动速度很快,地面的光学天线必须时刻紧跟卫星的“节奏”才有可能实现信号的准确接收。所以,在“墨子号”量子通信卫星的设计过程中,不仅要克服各种噪声的干扰保证信号源的稳定,同时还要实现与地面光学天线的准确对接。尽管是如同“针尖对麦芒”般苛刻的实验条件,但是在我国科学家的不懈努力下,如此不可思议的技术难题也依然得到了解决。

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8月16日1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“墨子号”发射升空。

“墨子号”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,其主要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。

除此以外,“墨子号”还将搭载第二代激光实验系统,用新方法实现更高的信息传递速率。

工程还建设了包括南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通信地面站和阿里量子隐形传态实验站在内的地面科学应用系统,与量子卫星共同构成天地一体化量子保密通信与科学实验体系。

8月17日11时56分24秒,中科院遥感与数字地球研究所所属中国遥感卫星地面站密云站在第23圈次成功跟踪、接收到我国首颗量子科学实验卫星“墨子号”首轨数据。


(作者:梁福龙)
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