什麼叫量子衛星?

General 更新 2024-09-19

什麼是量子衛星?用途是什麼?

量子衛星指的是量子通信試驗衛星。它的用途是試驗量子通信的可行性。

它主要是向地面發送量子密鑰。簡單的說從A地到B地發送一個密電,這個密電可能用光纜發送,也可能用衛星發送。但是B地需要通過衛星接收一個密鑰(可以簡單的理解為一種密碼),只有正確接收到這個密鑰,B地才能將A地發送的密電破譯出來。這時如果C地有一個間諜,他在偷聽密鑰,由於量子通信的特殊性,就會觸發量子坍縮,於是整個密鑰就廢了。之後會發生兩件事情:第一,C無法接收到正確的密鑰;第二,A和B會立即發現有人在竊聽,於是A會停止發送密電,或者換一個方式或者渠道去發送密電。因此這個密電在理論上是不可能被破譯的。

在網上和媒體上對於量子通信有大量錯誤的理解,其中一個最關鍵的錯誤在於量子坍縮的結果是隨機的,所以“隱態傳送”實際上不能加載任何有用的信息。

量子通信的作用是保密。超光速通信在量子物理的理論上也是不存在的。

量子衛星是什麼?有什麼用

量子衛星是為了按需求傳遞量子信號的,這是個通訊衛星。因為量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗,如果能夠在技術上實現糾纏光子在穿透整個大氣層後仍然存活並保持其糾纏特性,人們就可以在衛星的幫助下實現全球化的量子通信。簡單的說呢,就是信號好。

量子衛星和衛星有什麼區別

量子衛星的信號傳輸,利用超距作用(兩個量子的無時差糾纏,不違反相對論),無法竊聽,無法破解,不可分割,不可複製。

什麼是量子衛星

量子信號從地面上發射並穿透大氣層———衛星接收到量子信號並按需要將其轉發到另一特定衛星———量子信號從該特定衛星上再次穿透大氣層到達地球某個角落的指定接收地點。

2016年8月,中國科學家將發射世界首顆“量子衛星”,這有朝一日或許有助於建立一個極其安全的全球通信網絡。全球首顆量子科學實驗衛星被正式命名為“墨子號”

量子衛星和普通衛星有什麼區別

量子衛星的運算速度比普通衛星要快得多,傳輸的數據量也是普通衛星無法比擬的。至於動力方面,兩者如果技術水平相當,動力是相差不大的。

量子衛星是什麼?有什麼用

量子衛星是什麼?有什麼用

量子衛星指的是量子通信試驗衛星。它的用途是試驗量子通信的可行性。

它主要是向地面發送量子密鑰。簡單的說從A地到B地發送一個密電,這個密電可能用光纜發送,也可能用衛星發送。但是B地需要通過衛星接收一個密鑰(可以簡單的理解為一種密碼),只有正確接收到這個密鑰,B地才能將A地發送的密電破譯出來。這時如果C地有一個間諜,他在偷聽密鑰,由於量子通信的特殊性,就會觸發量子坍縮,於是整個密鑰就廢了。之後會發生兩件事情:第一,C無法接收到正確的密鑰;第二,A和B會立即發現有人在竊聽,於是A會停止發送密電,或者換一個方式或者渠道去發送密電。因此這個密電在理論上是不可能被破譯的。

科普:什麼是量子衛星

量子衛星是什麼?簡單的來說,是通訊衛星。

量子通信因其傳輸高效和絕對安全等特點,被認為是下一代通信和計算機技術的支撐性研究。由於量子不可分割、狀態不可克隆的特性,將其作為信息載體便可以實現抵禦任何竊聽的密鑰分發,進而保證傳輸內容的絕對安全。以此為核心研究內容的量子衛星通信,也已成為全球物理學研究的前沿與焦點領域。

量子衛星的優點

由於量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗,如果能夠在技術上實現糾纏光子再穿透整個大氣層後仍然存活並保持其糾纏特性,人們就可以在衛星的幫助下實現全球化的量子通信。

量子衛星到底有多牛

8月16日凌晨,伴隨著世界首顆量子科學實驗衛星在酒泉圓滿發射成功,中國人的“飛天”夢想再一次在這片古老的土地上綻放,從此,頭頂的浩瀚的星空裡也多了一份屬於中國和世界的“量子”牽掛。

從最初的研製到發射,量子衛星承載了太多關注的目光與期許,那麼,這顆舉世矚目的“新星”到底有多牛氣?其技術實現難度又有多高?在酒泉衛星發射中心,量子科學實驗衛星工程常務副總師兼衛星總指揮王建宇,向《中國科學報》記者講解了量子衛星技術的諸多“極限挑戰”。

天地一體化連通:從太空向地面存錢罐扔硬幣

在量子通信中,最大的難點在於如何實現天地一體化的量子聯通。這就好比在萬米高空,往地面的一個存錢罐裡扔硬幣,需要準確地將硬幣投擲於儲蓄罐的狹小入口。如果出現一點點偏差,信息的傳遞便會功虧一簣。

“量子的編碼,就像計算機編碼0101一樣,有正負、垂直、水平等不同狀態,要把量子的偏振方向檢測出來,才能變成密碼。”王建宇介紹說,量子裡面有兩組狀態,一組是正交的,一組是傾斜45度的,所以,一共有四個不同的偏正狀態。

不僅如此,地面上的存錢罐(接收裝置)和天空中的投擲者(量子衛星)也不安生,它們都在不停地旋轉運動。

“這就是瞄準和檢測偏正的最大難度所在,我們要在雙方都處於運動狀態的情況下完成信息傳遞。”王建宇強調,稍微對不上一點點都不行,如果這樣,地面上收到的就是誤碼了。

據王建宇介紹,一旦誤碼率高於3.5%,信息傳輸就沒有意義了。“3.5%是個底線,通常我們會把誤碼率控制在1%~2%之間。”

探測器靈敏度:在地球上看到月球的火柴光

如果說從太空向地面存錢罐扔硬幣已經讓人感到咋舌,那接下來的技術則更加讓人目眩。

量子衛星採用的是單光子探測器,其目的是實現對每一個光子的捕捉。那麼,這是一個什麼概念呢?

“一個60瓦的燈泡,每秒鐘發射的光子數大約是10×10的二十次方個,而一根火柴的最大光亮大約是3~5瓦。”王建宇說,量子衛星探測器靈敏度相當於在月球上點根火柴,我們在地球上用望遠鏡可以看到它的亮光。

如果考慮到火柴點燃後,光向四面八方的擴散效應,其觀測難度可想而知。“探測器的靈敏度必須達到這種程度,才能捕獲來自太空中的一顆顆光子。否則的話,天上的量子衛星就沒有存在的意義了。”王建宇說。

時間同步設置:一秒鐘給一億個光子排排隊

在太空中,量子衛星每秒鐘大約向地面發射一億個光子,需要地面接收裝置對所有光子進行接收。然而,這個接收過程並非來者不拒,而是要講究個先來後到。

“我們必須知道每個光子是第幾個發出來,信息傳遞就是必須發送端和接收端是能夠對的上的,要有一個完整的序列。”王建宇說。

將光子們一一對接起來的辦法,就是時間同步。“我們現在的接收頻率能做到一個納秒,也就是在一秒鐘之內,把一億個光子全都排列好。”

心理難關:這是一項從未有過的探索

與此前眾多追趕、超越的老劇本不同,量子通信這條路,是中國科學家自己一步步趟過來、摸出來的。

“我們以前做各種各樣的衛星的時候,一般都有個參考。儘管人家不會把技術告訴你,但是至少心理上是有個預期的,因為別人已經做成了。我們相信通過自己研究總能成功,心裡有這個底。此外,中國已經有很多例證,儘管起步晚,但卻實現了趕超。”王建宇如是說。

然而,量子衛星不一樣。“這個東西到底行不行,剛開始做的時候,我們心裡真的是沒底。”王建宇感概地說,儘管我們經手的大大小小的衛星研製工作已經無以計數,但量子衛星對於所有參與者都是一個從未有過的巨大挑戰。

談及量子衛星的發射成功,王建宇很是平淡。“對於人類探索量子物理世界和空間科學的腳步而......

什麼是量子通信衛星

中科院“量子科學實驗衛星”工程目前進展順利。中國將在第一顆衛星工程順利發射後,進一步開展研究,到2030年建成全球化的量子通信衛星網絡[1]。中國科學技術大學潘建偉教授介紹,基於在中國青海湖等地進行的多項成功實驗,量子科學實驗衛星的主要技術攻關已經完成,目前正在進行建造衛星的工作,項目整體穩步推進。10餘年來,中國科學家在量子物理研究領域取得多項引領國際的重大前沿突破,量子通信更成為中國為數不多的具有世界領先水平的尖端技術。量子保密通信技術基於量子力學原理,能確保兩地之間密鑰分配的絕對安全性,從而保證通信的絕對安全。在國家安全、金融等信息安全領域有著重大的應用價值和前景。2012年初,以潘建偉團隊為核心的技術隊伍,在安徽省合肥市建成了國際上首個規模化的城域量子通信網絡,節點數達到了46個,遠遠超過國際上已有的同類網絡,標誌著大容量的量子通信網絡技術已經取得了關鍵突破。“量子保密通信在城域網上的使用已經基本成熟,”潘建偉說,但要實現廣域的量子保密通信,還需要藉助衛星。潘建偉團隊牽頭實施中科院戰略性先導科技專項“量子科學實驗衛星”,將實現高速星地量子通信並連接地面的城域量子通信網絡,初步構建中國的廣域量子通信體系。在2014國際量子學術大會上,中國科學家們進一步提出,中國還將開展一系列研究,在首顆衛星發射成功後,發射多顆衛星,到2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發,屆時聯接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成。到2030年左右,則將建成全球化的廣域量子通信網絡。

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