Квантовые эксперименты в космическом масштабе - Quantum Experiments at Space Scale

Квантовые эксперименты в космическом масштабе
ИменаКвантовый космический спутник
Мициус / Mozi
Тип миссииДемонстратор технологий
ОператорКитайская академия наук
COSPAR ID2016-051A[1]
SATCAT нет.41731Отредактируйте это в Викиданных
Продолжительность миссии2 года (планируется)
Свойства космического корабля
ПроизводительКитайская академия наук
BOL масса631 кг (1391 фунт)
Начало миссии
Дата запуска17:40 UTC, 16 августа 2016 г.[2]
РакетаДлинный марш 2D
Запустить сайтЦзюцюань ЛА-4
ПодрядчикШанхайская академия космических технологий
Параметры орбиты
РежимСолнечно-синхронный
Высота перигея488 км (303 миль)[2]
Высота апогея584 км (363 миль)[2]
Наклон97,4 градуса[2]
Транспондеры
ГруппаУльтрафиолетовый[3]
Инструменты
Саньяк интерферометр
 

Квантовые эксперименты в космическом масштабе (QUESS; Китайский : 量子科学实验卫星; пиньинь : Liàngz kēxué shíyàn wèixīng; горит «Экспериментальный спутник квантовой науки») - это китайский исследовательский проект в области квантовой физики.

Тяньгун-2 это второй модуль космической лаборатории Китая, запущенный 15 сентября 2016 года. Тяньгун-2 несет в общей сложности 14 миссий[4] и экспериментальные пакеты, включая Космос-Земля квантовое распределение ключей (Китайский : 量子 密钥 分发) и лазерный коммуникационный эксперимент для облегчения квантовой коммуникации космос-земля.[5]

Спутник по прозвищу Micius или же Mozi (Китайский : 墨子) по имени древнекитайского философа и ученого, управляется Китайская Академия Наук, а также наземные станции в Китае. В Венский университет и Австрийская Академия Наук работают европейские приемные станции спутника.[6][7]

QUESS - это испытательная миссия, призванная облегчить квантовая оптика эксперименты на больших расстояниях, позволяющие развивать квантовое шифрование и квантовая телепортация технологии.[7] Квантовое шифрование использует принцип запутанность для облегчения общения, которое полностью защищено от подслушивание, не говоря уже о расшифровка, третьей стороной. Создавая пары запутанных фотоны, QUESS позволит наземным станциям, разделенным многими тысячами километров, устанавливать безопасные квантовые каналы.[3] Сам QUESS имеет ограниченные коммуникационные возможности: ему необходимо Поле зрения, и может работать только без солнечного света.[8]

Были запланированы и другие спутники Micius, в том числе европейско-азиатский сеть с квантовым шифрованием к 2020 г.,[нуждается в обновлении ] и глобальная сеть к 2030 году.[8][9]

Общая стоимость миссии составила около 100 миллионов долларов США.[2]

Миссия

Квантовые эксперименты в космическом масштабе находится в Азии
Xinglong
Xinglong
Урумчи
Урумчи
Али
Али
Вена
Вена
Наземные станции

Первоначальный эксперимент продемонстрировал квантовое распределение ключей (QKD) между Синьцзянская астрономическая обсерватория возле Урумчи и Обсерватория Синлун возле Пекин - а расстояние по дуге примерно 2500 километров (1600 миль).[3] Кроме того, QUESS протестировал Неравенство Белла на расстоянии 1200 км (750 миль) - дальше, чем какой-либо эксперимент на сегодняшний день - и телепортировал состояние фотона между Обсерватория Шицюаньхэ в Али, Тибетский автономный район, и спутник.[3] Это требует очень точного орбитальное маневрирование и спутниковое слежение, чтобы базовые станции могли оставаться в пределах прямой видимости с кораблем.[3][10]

После завершения экспериментов в Китае QUESS создал международный канал QKD между Китаем и Институт квантовой оптики и квантовой информации, Вена, Австрия - протяженность земли 7500 км (4700 миль), что позволило провести первый межконтинентальный безопасный квантовый видеозвонок в 2016 году.[3][6]

Запуск

Первоначально запуск был запланирован на июль 2016 года, но был перенесен на август, а уведомление о запуске было отправлено всего за несколько дней.[11]Космический корабль был запущен Длинный марш 2D ракета из Цзюцюань Стартовая площадка 603, Стартовая площадка 4 17 августа 2016 года в 17:40 UTC (01:40 по местному времени).[2]

Миссия с несколькими полезными грузами

Запуск был многоцелевым, совместно с QUESS, исследовательским спутником LiXing-1 и испанским научным спутником ³Cat-2.

  • LiXing-1: LiXing-1 - китайский спутник, предназначенный для измерения плотности верхней атмосферы путем опускания орбиты до 100–150 км. Его масса 110 кг. 19 августа 2016 года спутник снова вошел в атмосферу, поэтому миссия закрыта.
  • ³Cat-2: 3Cat-2 (пишется «куб-кошка-два») - второй спутник в серии 3Cat и второй спутник, разработанный в Каталонии в Политехнический университет Каталонии Лаборатория NanoSat. Это 6-комнатная CubeSat летающий роман GNSS Полезная нагрузка рефлектометра (GNSS-R) для наблюдения Земли. Его масса 7,1 кг.

Безопасное распространение ключей

Основная статья: Квантовое распределение ключей

Основным инструментом QUESS является "Эффект Саньяка " интерферометр.[3] Это устройство, которое генерирует пары запутанных фотонов, позволяя передать по одному из них на землю. Это позволит QUESS выполнить Квантовое распределение ключей (QKD) - передача безопасного криптографический ключ который может использоваться для шифрования и дешифрования сообщений - до двух наземных станций. QKD теоретически предлагает действительно безопасную связь. В QKD две стороны, которые хотят общаться, совместно используют случайный секретный ключ, передаваемый с использованием пар запутанных фотонов, отправленных случайным образом. поляризация, причем каждая сторона получает половину пары. Этот секретный ключ можно затем использовать как одноразовый блокнот, позволяя двум сторонам безопасно общаться через обычные каналы. Любая попытка подслушать ключ вызовет заметное нарушение запутанного состояния.[9] QKD была предпринята на Земле, как с прямой видимостью между двумя обсерваториями, так и с использованием оптоволоконный кабель кабели для передачи фотонов. Однако как волоконная оптика, так и атмосфера вызывают рассеяние, которое разрушает запутанное состояние, и это ограничивает расстояние, на котором может выполняться КРК. Отправка ключей с орбитального спутника приводит к меньшему рассеянию, что позволяет выполнять QKD на гораздо больших расстояниях.[3]

Кроме того, QUESS проверяет некоторые из основных основ квантовая механика. Теорема Белла говорит, что нет теория локальных скрытых переменных может когда-либо воспроизвести предсказания квантовой физики, а QUESS сможет проверить принцип локальности более 1200 км (750 миль).[3]

Анализ

Ведущий ученый QUESS Пан Цзяньвэй сказал Рейтер что у проекта «огромные перспективы» в оборонной сфере.[12] Спутник обеспечит безопасную связь между Пекином и Урумчи, столицей Синьцзян, отдаленный западный регион Китая.[12] В Министерство обороны США считает, что Китай стремится обрести способность противодействовать использованию вражеской космической техники.[12] Коммунистическая партия Китая генеральный секретарь Си Цзиньпин уделил приоритетное внимание космической программе Китая, которая включала противоспутниковая ракета тесты, и Нью-Йорк Таймс отметил, что квантовая технология была в центре внимания тринадцатая пятилетка, который правительство Китая изложило ранее в том же году.[13] В Wall Street Journal сказал, что запуск поставил Китай впереди конкурентов и приблизил их к "защищенным от взлома средствам связи".[14] Выявлено несколько торговых точек Эдвард Сноуден с утечка документов наблюдения США как стимул для развития QUESS, с Популярная наука назвав его «спутником эпохи после Сноудена».[10][15][16]

Похожие проекты

QUESS - это первый запущенный космический аппарат, способный генерировать запутанные фотоны в космосе.[7] хотя передача одиночных фотонов через спутники ранее была продемонстрирована путем отражения фотонов, генерируемых на наземных станциях вне орбитальных спутников.[17] Не генерируя полностью запутанных фотонов, коррелированный пары фотонов были произведены в космосе с помощью Cubesat посредством Национальный университет Сингапура и Стратклайдский университет.[17] Немецкий консорциум выполнил квантовые измерения оптических сигналов от геостационарный Alphasat Лазерный коммуникационный терминал.[18] Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустило в 2012 году проект макроскопических квантовых коммуникаций Quiness, который станет катализатором развития глобального квантового интернета из конца в конец.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «QSS (Mozi)». space.skyrocket.de. Страница космоса Гюнтера. Получено 17 августа 2016.
  2. ^ а б c d е ж «QUESS запущен с космодрома в пустыне Гоби». Spaceflights.news. 17 августа 2016 г. Архивировано с оригинал 17 июня 2017 г.. Получено 17 августа 2016.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я Линь Син (16 августа 2016 г.). «Китай запускает первый в мире спутник квантовой науки». Мир физики. Институт Физики. Получено 22 ноября 2020.
  4. ^ «Тяньгун2». chinaspacereport.com. China Space Report. 28 апреля 2017 г.. Получено 12 ноя 2017.
  5. ^ huaxia (16 сентября 2016 г.). «Tiangong-2 делает Китай на шаг ближе к космической станции». китайский. Получено 12 ноября 2017.
  6. ^ а б «Успешно запущен первый квантовый спутник». Австрийская Академия Наук. 16 августа 2016 г.. Получено 17 августа 2016.
  7. ^ а б c Уолл, Майк (16 августа 2016 г.). "Китай запускает новаторский" взломостойкий "спутник квантовой связи". Space.com. Purch. Получено 17 августа 2016.
  8. ^ а б huaxia (16 августа 2016 г.). «В фокусе Китая: космические спутники Китая совершают качественный скачок». Синьхуа. Получено 17 августа 2016.
  9. ^ а б Джеффри Лин; П.В. Певица; Джон Костелло (3 марта 2016 г.). «Китайский квантовый спутник может навсегда изменить криптографию». Популярная наука. Получено 17 августа 2016.
  10. ^ а б «Запуск Китаем квантового спутника - важный шаг в космической гонке». Ассошиэйтед Пресс. 16 августа 2016 г.. Получено 17 августа 2016.
  11. ^ Томаш Новаковски (16 августа 2016 г.). «Китай запускает в космос первый в мире спутник квантовой связи». Spaceflight Insider. Получено 17 августа 2016.
  12. ^ а б c «Китай запускает« защищенный от взлома »спутник связи». Рейтер. 2016-08-16. Получено 2016-08-18.
  13. ^ Эдвард Вонг (16 августа 2016 г.). «Китай запускает квантовый спутник, чтобы стать пионером в области безопасной связи». Нью-Йорк Таймс. Получено 19 августа 2016.
  14. ^ Джош Чин (16 августа 2016 г.). «Последний скачок Китая вперед не просто велик - он квантовый». Wall Street Journal. Получено 19 августа 2016.
  15. ^ Джеффри Лин; П.В. Певица (17 августа 2016 г.). «Китай запускает квантовый спутник в поисках надежных коммуникаций». Получено 19 августа 2016.
  16. ^ Люси Хорнби, Клайв Куксон (16 августа 2016 г.). «Китай запускает квантовый спутник в борьбе с хакерами». Получено 19 августа 2016.
  17. ^ а б Элизабет Гибни (27 июля 2016 г.). «Китайский спутник - это гигантский шаг для квантового Интернета». Природа. 535 (7613): 478–479. Bibcode:2016Натура.535..478Г. Дои:10.1038 / 535478a. PMID  27466107.
  18. ^ Гюнтнер, Кевин; Хан, Имран; Эльзер, Доминик; Стиллер, Биргит; Байрактар, Омер; Мюллер, Кристиан Р.; Заоке, Карен; Трендл, Даниэль; Гейне, Франк; Сел, Стефан; Грейлих, Питер; Зех, Хервиг; Гютлих, Бьёрн; Филипп-Мэй, Сабина; Марквардт, Кристоф; Leuchs, Герд (2016). «Квантово-ограниченные измерения оптических сигналов с геостационарного спутника». arXiv:1608.03511 [Quant-ph ].

внешняя ссылка