量子衛星為通信保密保駕護航

2020-12-05 晨暉紀實

——紀念中國第一顆人造地球衛星發射成功50周年（九）

陳 輝

2016年8月16日1時40分，中國在酒泉衛星發射中心用長徵二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」發射升空。

它使中國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建了天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。

首顆量子通信衛星以我國古代科學家墨子的名字來命名。墨子最早提出過光線沿直線傳播的觀點，進行了小孔成像實驗。用他的名字命名以紀念他在早期物理光學方面的成就。

墨子是最早通過小孔成像實驗發現了光是直線傳播的，第一次對光直線傳播進行了科學解釋——這在光學中是非常重要的一條原理，為量子通信的發展打下了一定的基礎。墨子還提出了某種意義上的粒子論。光量子學實驗衛星以中國科學家先賢墨子來命名，體現了中國的文化自信。

量子通信的安全性基於量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態的不可複製性保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字籤名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。中國量子衛星首席科學家潘建偉院士介紹，如果說地面量子通信構建了一張連接每個城市、每個信息傳輸點的「網」，那麼量子科學實驗衛星就像一桿將這張網射向太空的「標槍」。當這張縱橫寰宇的量子通信「天地網」織就，海量信息將在其中來去如影，並且「無條件」安全。

量子衛星2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一。

量子衛星工程由中科院國家空間科學中心總負責；中國科學技術大學負責科學目標的提出和科學應用系統的研製；中科院上海微小衛星創新研究院抓總研製衛星系統，中科院上海技術物理研究所聯合中科大研製有效載荷分系統；中科院國家空間科學中心牽頭負責地面支撐系統研製、建設和運行；對地觀測與數字地球科學中心等單位參加。其主要科學目標：一是進行星地高速量子密鑰分發實驗，並在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；二是在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，在空間尺度驗證量子力學理論。

2011年12月23日，量子科學實驗衛星工程啟動暨動員會在京召開，標誌著量子科學實驗衛星正式進入工程研製階段。

2014年12月30日，量子科學實驗衛星通過初樣轉正樣階段評審，正式轉入正樣研製階段。

2015年12月6日，量子科學實驗衛星系統與科學應用系統完成星地光學對接試驗，驗證了天地一體化實驗系統能夠滿足科學目標的指標要求。

2016年8月16日凌晨1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長徵二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」發射升空。

2017年1月18日，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」在圓滿完成4個月的在軌測試任務後，正式交付中國科學技術大學使用。

2017 年6月16日，中國「墨子號」量子衛星在世界上首次實現千公裡量級的量子糾纏，這意味著量子通信向實用邁出一大步。

2017 年8月12日，「墨子號」取得最新成果——國際上首次成功實現千公裡級的星地雙向量子通信，為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了堅實的科學和技術基礎。至此，中國科學技術大學潘建偉團隊宣布，全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」圓滿完成三大科學實驗任務：量子糾纏分發、量子密鑰分發、量子隱形傳態。

2018年1月，在中國和奧地利之間首次實現距離達7600公裡的洲際量子密鑰分發，並利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。該成果標誌著「墨子號」已具備實現洲際量子保密通信的能力。

在量子通信的國際賽跑中，中國屬於後來者。經過多年的努力，中國已經躋身於國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術方面也走在了世界前列。

「墨子號」的成功發射，使我國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。

量子衛星的成功發射和在軌運行，將有助於我國在量子通信技術實用化整體水平上保持和擴大國際領先地位，實現國家信息安全和信息技術水平跨越式提升，對於推動我國空間科學衛星系列可持續發展具有重大意義。

量子通信的競賽自1995年歐洲科研人員在日內瓦湖底進行量子密鑰分發的最初演示時就開始了。在那以後，英國、美國、日本和中國等國家都在探索城市間的量子通信網絡，而現在這場競賽從地面進入了太空，因為衛星能連接相距遙遠的不同都市。中國在發射量子衛星方面走在了前面。

「東方紅一號衛星」是中國衛星的星星之火，在這之後的50年中國衛星如雨後春筍，2018年12月25日零時53分，中國通信技術試驗衛星三號成功發射。這一年，全球航天發射次數達114次，美國31次，中國佔了39次，佔世界全部航天發射的三分之一，中國航天發射首佔鰲頭，居世界第一，首次把美國甩到身後，獲得世界航天發射「金牌」。

50年後東方紅一號衛星仍在天空旋轉

世界上第一顆人造衛星是在1957年由蘇聯人發射的。1970年4月24日，我國成功發射第一顆「東方紅一號」衛星到2019年10月，中國正在運行的衛星多達301顆；美國在天體軌道上約有578顆衛星；俄羅斯現有衛星約為142顆；中國成為世界公認的衛星大國的後起之秀。人們回顧中國衛星發展史的時候永遠不要宇宙中最明亮的那顆中國衛星是「東方紅一號」。

（全文完）

本作品版權歸「晨暉軍事」所有

圖片來源於網絡，版權歸原作者

相關焦點

  • 衛星在被敵方控制?中國量子保密通信依然能夠工作!
    該實驗成果將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級，並且確保了衛星在被他方控制的極端情況下依然能夠實現安全的量子通信，取得了量子保密通信現實應用的重要突破。基於該研究成果發展起來的高效星地鏈路收集技術，可實現接收系統的小型化、可搬運，從而為衛星量子通信的規模化、商業化應用奠定基礎。在物理王國裡，量子理論是一個百歲的「幽靈」，愛因斯坦也曾被它的「詭異」所困擾。
  • 「墨子號」衛星再迎突破:實現無中繼千公裡量子保密通信
    中國青年報客戶端訊（中青報·中青網記者 邱晨輝）「墨子號」衛星再次迎來突破。中國科學技術大學等國內外單位的研究團隊利用全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」，在國際上實現基於糾纏的無中繼千公裡級量子保密通信。
  • 量子糾纏記:量子通信,解決了人類保密通信巨大難題
    20世紀量子理論的出現，顛覆了人類對微觀世界的很多看法。特別是量子糾纏理論的實驗驗證：具有糾纏態的兩個粒子無論相距多遠，只要一個狀態發生變化，另外一個也會瞬間發生變化——這不就非常類似於「心靈感應」麼？！當然，這個實驗不是為「心靈感應」做驗證。但基於量子糾纏理論的量子通信，解決了人類保密通信的巨大難題。
  • 「墨子號」量子衛星無中繼千公裡量子保密通信
    該實驗不僅將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級，並且通過物理原理確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子通信，取得了量子通信現實應用的重要突破例如，世界上第一條量子秘密通信的京滬幹線穿過32個中繼節點，並穿過2000公裡的城際光纖量子網絡。使用量子科學實驗衛星「墨子」作為中繼站，在自由空間通道進一步擴展到了7600公裡的洲際距離。然而，儘管可信中繼將傳統通信方式中整個線路的安全風險限制在有限數量的中繼節點範圍，但是仍需人為確保中繼節點的安全性。
  • 「京滬幹線」構建量子保密通信網絡雛形
    而今，經過兩年多不間斷運行，世界首條量子保密通信幹線——量子保密通信京滬幹線的穩定性、安全性均得到了驗證。今天凌晨，國際著名學術期刊《自然》雜誌以「跨越4600公裡的天地一體化量子通信網絡」為題，報導了這項中國量子科技的又一重要成果。
  • 「墨子號」實現無中繼千公裡量子保密通信!衛星被他方控制仍安全
    該實驗成果不僅將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級，並且通過物理原理確保即使在衛星被他方控制的極端情況下，依然能實現安全的量子通信，取得了量子通信現實應用的重要突破。相關研究成果6月15日在線發表於《自然》雜誌上。
  • 「墨子號」實現無中繼千公裡量子保密通信
    該實驗成果不僅將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級，並且通過物理原理確保即使在衛星被他方控制的極端情況下，依然能實現安全的量子通信，取得了量子通信現實應用的重要突破。相關研究成果6月15日在線發表於《自然》雜誌上。
  • 衛星遙感為雪龍探極保駕護航
    據自然資源部國家衛星海洋應用中心石立堅介紹，該中心充分利用我國自主衛星數據，為「雪龍2」號進行北極科學考察做好保駕護航工作。「雪龍2」號作業點位周邊海域SAR影像 據悉，在「雪龍2」號科考期間，該中心根據考察計劃制定衛星觀測計劃，及時提供衛星觀測數據及相應的的海冰密集度、高解析度遙感影像圖等專題信息產品，為科考期間的潛標回收、冰站安全作業提供了可靠的信息保障
  • 量子糾纏成績亮眼,量子保密通信再上新臺階
    據報導稱，2019年南瑞集團的李維、陳璐等人研究出了一種能降低糾纏態量子通信的幹擾的模型。在量子通信的過程中，光子作為一種微觀系統之間傳輸的能量，在普通的電磁作用下，會隨著被吸收而消失，從而影響信息傳遞的效果和安全。
  • 世界首條量子保密通信開通 「京滬幹線」的意義
    世界首條量子保密通信幹線——「京滬幹線」昨日正式開通，中國科學院院長白春禮和山東省濟南市市長王忠林首先通話。之後，白春禮先後與合肥、上海、新疆南山天文臺等分會場通話。　　這不僅是一條國內線路——結合「京滬幹線」與「墨子號」的天地鏈路，我國成功實現了洲際量子保密通信——通過這條不可破解的保密線，白春禮與奧地利科學院院長安東·塞林格進行了世界首次洲際量子保密通信視頻通話。　　白春禮說，這標誌著我國已構建出天地一體化廣域量子通信網絡雛形，為未來實現覆蓋全球的量子保密通信網絡邁出了堅實的一步。
  • 上天4年,墨子號有「意外收穫」:衛星量子通信規模化可期
    ，並且通過物理原理，確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下，依然能實現安全的量子通信。 長期以來，為這條生命線保駕護航的是密碼學。密碼學發源已久，之前的研究中大多都和數學計算掛鈎，在二戰中，密碼學就已經大放異彩；而量子信息技術則在近幾年炙手可熱，大大小小的研究進展層出不窮。 量子通信則是密碼學和量子信息技術的結合，也是被認為是量子信息技術的重要應用之一。
  • 上天4年，墨子號有"意外收穫"：衛星量子通信規模化可期
    ，並且通過物理原理，確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下，依然能實現安全的量子通信。長期以來，為這條生命線保駕護航的是密碼學。，比如世界首條量子保密通信京滬幹線通過 32 個中繼節點，貫通了全長 2000 公裡的城際光纖量子網絡；而利用量子科學實驗衛星 「墨子號」 作為中繼，在自由空間信道進一步拓展到了 7600 公裡的洲際距離。
  • 建設「全球首條環島量子保密通信網絡」！海南準備這樣幹
    事實上，近幾年，以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術的研究與應用在全球範圍內加速發展，各國紛紛加大投入力度和拓寬項目布局。「在海南率先建設全球第一個環島『星地一體』量子保密通信網絡，既可以助力海南自由貿易港建設，在信息安全保障方面發揮巨大的作用，也可以為全球打造創新型量子安全網際網路提供最佳範例，讓海南成為展示中國量子信息科學應用和研究的最佳場所和靚麗名片。」王軍偉說。
  • 「墨子號」實現基於糾纏的無中繼千公裡量子保密通信
    該實驗成果不僅將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級，並且通過物理原理確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子通信，取得了量子通信現實應用的重要進展。6月15日，研究團隊在《自然》雜誌上在線發表了題為「基於糾纏的千公裡級安全量子加密」的研究論文。《自然》雜誌發布了題為「基於衛星的遠距離安全通信」的新聞稿加以推介。
  • 科創板量子保密通信第一股
    8、現階段國盾量子P/E值為544.32（2020.7.15），市場已套用有爆點、商業化需求起步或大規模政府項目上馬的估值水平，與現實情況不符，屬於過高估值水平。考慮到技術的先進性、產品壟斷溢價與當前市場投資者對國產替代的偏好，P/E值為100-200應較為現實（並非合理，但是現實）。量子通信是什麼？要了解量子通信，首先我們先了解量子。
  • 中科大胡不歸:理解量子通信,從明白除法比乘法難開始
    在技術層面，量子通信是什麼，為什麼能實現物理原理層面的保密，量子衛星要做哪些實驗，已經有許多文章做了解釋，這裡就不再多談。本文打算採取宏觀的視角，從上往下看，升得越來越高，揭示量子衛星背後一重一重的大圖景。
  • 海南將打造全球第一條環島量子保密通信網絡 為什麼選擇海南？
    國科量子通信網絡有限公司副總裁王軍偉介紹，啟動環島量子保密通信網絡的建設，將進一步加速我國在實用化量子技術上的領先優勢，為海南自貿港政務、金融、交通、能源等領域，提供高等級的安全服務，並在跨境數據流通方面發揮獨特的作用。
  • 2020年國家廣域量子保密通信骨幹網絡規劃建設一覽(圖)
    近年來，以量子計算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術的研究與應用加速發展，量子信息技術已成為未來國家科技發展的重要領域之一。量子通信是利用量子疊加態或量子糾纏效應等進行信息或密鑰傳輸，基於量子力學原理保證傳輸安全性。
  • 剛剛,省長李國英與北京視頻通話,世界首條量子保密通信「京滬幹線...
    這標誌著我國在量子通信技術的實用化和產業化方面已經走在了世界最前沿，為搶佔下一代世界信息技術制高點奠定基礎。　　量子通信「京滬幹線」資料圖。目前，「京滬幹線」已突破高速量子密鑰分發、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規模量子網絡管控等系列工程化實現的關鍵技術，並進行了大尺度量子保密通信技術試驗驗證，開展了遠程高清量子保密視頻會議系統和其他多媒體跨域互聯應用研究，完成了金融、政務領域的遠程或同城數據災備系統、金融機構數據採集系統等應用示範。　　量子科學實驗衛星「墨子號」。
  • 「墨子號」量子衛星天地通信試驗現場照片公布
    曹俊IHEP 發布了這樣一條微博：墨子號量子衛星和地面興隆站進行的通信試驗，紅光為地面發射，綠光為墨子號發射 （感謝韓越陽提供照片）。工程還建設了包括南山、德令哈、興隆、麗江4個量子通信地面站和阿里量子隱形傳態實驗站在內的地面科學應用系統，與量子衛星共同構成天地一體化量子保密通信與科學實驗體系。 8月17日11時56分24秒，中科院遙感與數字地球研究所所屬中國遙感衛星地面站密雲站在第23圈次成功跟蹤、接收到我國首顆量子科學實驗衛星「墨子號」首軌數據。