“墨子号”正式上岗你知道有多牛吗构建天地一体化量子保密通信网首次在空间尺度检验广义相对论

日，我国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务，正式交付用户单位使用。中国科学技术大学、中科院微小卫星创新研究院、西安卫星测控中心、中科院国家空间科学中心等单位相关领导在交付使用证书上签字。

被国际知名学术媒体誉为改变世界的十大创新技术，“墨子号”到底有多牛？下面就一一为你解读。1是啥东西？

世界首颗量子卫星，建成天地一体化通信实验平台

“墨子号”是由我国完全自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星，于年8月日发射升空。

过去4个月，“墨子号”在轨测试阶段完成了卫星平台测试、有效载荷自测试和天地一体化链路测试，卫星平台和有效载荷工作正常，成功构建了星地单向、星地双向、地星单向量子信道，系统信道效率、时间同步精度、跟踪瞄准精度均超过系统指标要求，可满足空间量子科学实验的要求。

据介绍，“墨子号”搭载了“四种武器”：量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机。同时，在地面建设科学应用系统，包括1个中心——合肥量子科学实验中心；4个站——南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站；1个平台——阿里量子隐形传态实验平台。卫星与地面站共同构成天地一体化量子科学实验系统，在两年的设计寿命期间将进行四大实验任务——星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐形传态实验。2要干啥活？

星地量子保密通信，成为信息安全“终极武器”

当今社会，信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险，而量子科学则为信息安全提供了“终极武器”。

在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和测不准的特性，所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。量子通信系统的问世，点燃了建造“绝对安全”通信系统的希望。

“墨子号”的主要应用目标是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发，实现星地量子保密通信，并通过卫星中转实现可覆盖全球的量子保密通信。

“墨子号”可以在千公里外的外太空以kbps的速率给地面站分发量子密钥，比地面同距离光纤量子通信水平提高了个数量级以上。该项技术突破不仅使得我国具备了对光纤无法覆盖的地区——如我国的南海诸岛、驻外使领馆、远洋舰艇等——直接提供高安全等级量子通信保障的能力，还为我国未来构建覆盖全球的天地一体化量子保密通信网络提供可靠的技术支撑。

“墨子号”的另一前沿研究目标是在量子物理基本问题检验领域。通过“墨子号”的星地纠缠分发，我们能够在相距公里以上的两个地面站之间以1对/秒的速度建立起量子纠缠，将使得人类首次具有在空间尺度开展量子科学实验的能力，并为未来在外太空开展广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验做好了坚实的技术准备，成为我国在基础物理学领域对世界的又一重要贡献。3有多牛气？

年度重大科学事件，改变世界的十大创新技术

“墨子号”从研制过程到成功发射均引起了社会上的广泛关注和国际学术界的高度评价。包括英国《自然》杂志、美国《科学》杂志、《科学美国人》、英国《新科学家》、《纽约时报》、英国广播公司（BBC）等众多国际知名学术和公共媒体都对“墨子号”进行

了专题报道，美国国家航天局（NASA）也在

其官网上对“墨子

号”发射任务给出了详细的介绍。

年底，“墨子号”和人类首次探测到引力波等重大成果共同入选英国《自然》杂志点评的年度国际重大科学事件；“墨子号”作为唯一诞生于美国本土之外的创新技术入选《科学美国人》评选的年度“改变世界的十大创新技术”；近日，《华尔街日报》针对中国科技的高速发展给出了标题为“沉寂了一千年，中国誓回发明创新之巅”的专题文章，将“墨子号”量子科学实

验卫星作为中国创新能力提升的重要

标志。（记者孟祥君整理）●深度一下

“墨子号”的三大挑战

量子科学实验卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇，向记者讲解了“墨子号”在未来工作中将面对的诸多“极限挑战”。挑战1 天地一体化连通：

从太空向地面存钱罐扔硬币

在量子通信中，最大的难点在于如何实现天地一体化的量子联通。这就好比在万米高空，往地面的一个存钱罐里扔硬币，需要准确地将硬币投掷于储蓄罐的狭小入口。如果出现一点点偏差，信息的传递便会功亏一篑。

不仅如此，地面上的存钱罐（接收装置）和天空中的投掷者（量子卫星）也不安生，它们都在不停地旋转运动。在双方都处于运动状态的情况下完成信息传递，这就是瞄准和检测偏正的最大难度所在。稍微对不上一点点都不行，如果这样，地面上收到的就是误码了。

据介绍，一旦误码率高于3.5%，信息传输就没有意义了。

挑战2 探测器灵敏度：

在地球上看到月球的火柴光

量子卫星采用的是单光子探测器，其目的是实现对每一个光子的捕捉。那么，这是一个什么概念呢？量子卫星探测器灵敏度，相当于在月球上点根火柴，然后我们在地球上用望远镜可以看到它的亮光。

如果考虑到火柴点燃后，光向四面八方的扩散效应，其观测难度可想而知。探测器的灵敏度必须达到这种程度，才能捕获来自太空中的一颗颗光子。否则的话，天上的量子卫星就没有存在的意义了。

挑战3 时间同步设置：

一秒钟给一亿个光子排排队

在太空中，量子卫星每秒钟大约向地面发射一亿个光子，需要地面接收装置对所有光子进行接收。然而，这个接收过程并非来者不拒，而是要讲究个先来后到。必须知道每个光子是第几个发出来，信息传递就是必须发送端和接收端是能够对得上的，要有一个完整的序列。

将光子们一一对接起来的办法，就是时间同步。“现在的接收频率能做到一个纳秒，也就是在一秒钟之内，把一亿个光子全都排列好。”●科普一下

什么是量子纠缠？

量子是物质的最基本构成单元，或者说是能量的最基本携带者，所有的微观粒子，包括分子、原子、电子、光子，都是量子的一种表现形态。

量子有这样一个特性：两个处于“纠缠态”的粒子，即使相距遥远，一个发生变化，另一个会瞬时发生相应改变……比如说，甲、乙二人在北京和上海同时掷骰子，正常情况下，两个人不可能每次掷出的结果都一样，但因为有了纠缠关系，这两个骰子就仿佛具有了“心电感应”一样，每次掷出的结果都完全一样，爱因斯坦称这个现象为“幽灵般的超距作用”。量子为什么会这样至今还是个谜。●八卦一下

为啥叫“墨子号”？

墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。

“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样，以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星，将提升我国的文化自信。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士这样表示。（记者孟祥君整理）

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