2020年6月23日註定是載入中國航天史上裡程碑的一天,在當天9時43分,我國北鬥三號全球衛星導航系統最後一顆組網衛星成功發射,全球組網完美收官。
北鬥系統是我國自主建設、獨立運行的衛星導航系統,是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航、授時服務的國家重要空間基礎設施。中國始終堅持自主建設、發展和運行北鬥系統,全面實現了關鍵器部件百分百國產化。
當中國北鬥在被全世界所矚目之時,其實中國的量子衛星一樣讓全世界震撼!
近期,一條消息引發了全世界的關注,那就是中國的墨子號量子通訊試驗衛星已經具備了實際通訊能力,這一成就讓全球都羨慕,那麼中國量子衛星到底有多厲害呢?不久前中國科學家首次公開了量子衛星的秘密,稱中國在這一領域內的領先地位無人可撼動,遠超西方國家,而對此美國表示請求分享技術,還稱:這樣的航天技術應該共享,顯然是眼紅不已卻又無可奈何。
「墨子號」是中國於2016年8月16日發射的一顆量子科學實驗衛星,這是世界上第一顆量子科學實驗衛星。墨子號升空時肩負著三大科學任務:星地間量子密鑰傳輸;千公裡級量子糾纏分發檢驗貝爾不等式;星地間量子隱形傳態。墨子號升空大約1年後這三大任務就已圓滿完成。
星地間量子密鑰傳輸
就像潘建偉教授說得:「通俗來講,量子密鑰分發,就好比一個人想要傳遞秘密給另外一個人,需要把存放秘密的箱子和一把鑰匙傳給接收方。接收方只有用這把鑰匙打開箱子,才能取到秘密。沒有這把鑰匙,別人無法打開箱子,而且一旦這把鑰匙被別人動過,傳送者會立刻發現,原有的鑰匙作廢,再給一把新的鑰匙,直到確保接收方本人拿到。」
千公裡級量子糾纏分發
量子糾纏被愛因斯坦稱之為「鬼魅般的超距作用」,它是兩個(或多個)粒子共同組成的量子狀態,無論粒子之間相隔多遠,測量其中一個粒子必然會影響其它粒子,這被稱為量子力學非定域性。量子糾纏所體現的非定域性是量子力學最神奇的現象之一。
我國科學家通過發射「墨子號」衛星,從太空將一對相互「糾纏」的量子「分發」到青海德令哈和雲南麗江兩個地面站,發現在兩個相距超過1203公裡的實驗站之間,量子的「糾纏效應」仍然有效,並通過數千對量子的實驗,檢驗了這一成果。
星地間量子隱形傳態
隱形傳態也稱隱態傳輸,這種操作方法的基本思路是:甲、乙處於兩個不同地方,甲試圖把手裡一個未知的粒子態傳給乙,在不直接傳這個粒子的情況下,他可通過兩人共享的一對糾纏粒子態的輔助來實現這一目的。甲只需對手頭兩個粒子進行某種特殊的量子測量,把測量結果打個電話告訴乙,乙對手頭的那個粒子(即共享的糾纏態粒子)進行相應操作後,這個粒子的狀態就恰好是甲需要傳給乙的那個粒子態。在這個過程中,並沒有真把粒子傳過去,而只相當於甲破壞了原先要傳輸的那個粒子的狀態,而在乙處重新生成了想要傳輸的狀態。
1997年實現的是單個光子的單個自由度的量子隱形傳態。2015年,才實現了單個光子的多個自由度的量子隱形傳態。「墨子號」最新的實驗不同的地方在於,實現了從地面到衛星的遠距離的量子隱形傳態。好比變魔術一般,實現了地星之間量子態的「瞬間傳輸」。
總之,量子通信衛星的實用化將開啟中國絕對保密通信的裡程碑,可以徹底杜絕間諜竊聽及破解,同樣是保障國家戰略安全的重要技術突破,值得我們驕傲。