“墨子”上天,8个“量子卫星”的理解误区
文/记者 李乃麟
采访专家
张文卓:中科院中国科技大学副研究员
曹原:北京兴隆地面站量子科学实验卫星量子纠缠源分系统副主任设计师
贺东:丽江地面站量子科学实验卫星望远镜分系统副主任设计师
▲全球首颗量子通信卫星正在接受测试
“墨子”上天,中国将成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家!但我们对它可能还有一些误解。
误解:你以为名字叫量子卫星,“墨子”就真的“身怀量子”?
真相:整颗卫星从里到外,从头到脚,除了保温层就是元器件,从宏观角度讲,就组成物质来说,跟量子没有半毛钱关系(当然,从另一个角度看,卫星本身当然也可以看成是由巨多的量子构成的,可是如果纠结于这一点,那所有的卫星都可以叫做量子卫星。所以,抬杠地不要,要认真领会小编首轮打击的正确所指哈)。这颗卫星真正也是唯一与“量子”二字有关的地方,是它可以biu~biu~biu向外发射量子。所以,量子卫星这个名字说的是它自身的“独门本领”而不是“身体构成”。
误解:你以为“墨子”是卫星家族中的全新“品种”?
真相:卫星的“品种”是按照用途(或者说是功能)来划分的,量子卫星确实能够发射量子,但这只是它实现本身用途的手段。如果一颗卫星光知道傻乎乎地在太空中biu~biu~biu,又有神马意义呢?所以,“墨子”的真正身份仍然还是通信卫星,唯一不同的是,它是一颗靠量子来传递信息的通信卫星。
误解:你以为这次“墨子”选在深夜上天,只有确保卫星顺利入轨这一个意思?
真相:究竟几个意思?酒泉发射基地主控中心的工作人员告诉你,选择这个时间发射,保障卫星顺利入轨只是最基本的原因。更重要的是,经过严密计算,在这个时间发射可以确保卫星在今后两年的飞行过程中,每次经过地面所有测控站点的时间全部在夜间。你这下肯定彻底凌乱了,“哪黑往哪跑”,难道卫星怕羞?呵呵,下一轮打击告诉你真相。
误解:你以为接收“墨子”发来的“消息”还用“大锅盖”?
真相:这次不用“锅盖”喽,直接用望远镜!还必须是大口径的!多大?直径一米,够可以吧?北京兴隆地面站的量子科学实验卫星量子纠缠源分系统副主任设计师曹原说,虽然是望远镜,可是也是有“料”的:加上了专门的信号处理系统和综控控制系统。这三样“打包”放在一栋单独的三层楼里。怎么样,霸气吧?可是为啥要用望远镜呢?嘿嘿,谁让天上的卫星是量子卫星呢,人家从上往下biu~biu~biu发射下来的可是光量子,说白了就是一种极端状态的“光”,就好像有人在500公里的高空用一个手电筒向地面一下一下地按开关,每按一次,手电筒就亮一次,地面就要把这短暂的一点亮光接收到。既然是接收光,当然“锅盖”就不行了,必须用望远镜,要不“看”不见啊。所以现在明白了吧?夜间发射,保证任务期间卫星飞临地面站时都在深夜,是因为卫星真的喜欢“黑”,大白天的阳光太强,添乱。
误解:你以为有了“墨子”,真的就能通过它打电话、上网、发朋友圈、玩直播?
真相:你想得太多了!电话还是那个电话,朋友圈、直播也还是原来的朋友圈和直播,人家“墨子”可不是干“音视频信号中转站”这等“基础工作”的。人家的能耐是在传统通信网络进行信息传输时,对其中传输的信息进行加密,保证你的银行卡号啊、支付宝和微信啊等重要信息不外泄。说到底,“墨子”的作用是当保镖,不是传声筒,更不是视频转播台。
误解:学习了“量子纠缠”,搞懂了“隐形传态”,你以为量子通信的优点只有“绝对安全”?
真相:量子通信除了“绝对安全”之外,还能承载海量信息。一般的光纤网络和普通卫星网络只能望尘莫及,别说4G,就是发展到8G都没有可比性。最最重要的还有一点——传递信息速度那是相当快。究竟有多快?光速是多少知道吧?如果用量子传递信息,比光速快一!万!倍!这不是夸张的修辞方法,而是潘建伟院士领衔的自由空间量子通信团队的彭承志、张强经过研究得出的科学数据。没错,就是一!万!倍!什么概念?如果你在地球上给火星上的朋友发一张自己刚做好的晚餐美食照片,等对方看到你的菜,你应该已经开始收拾碗筷了。可是如果用量子通信,呵呵,你完全可以来个Liveshow直播,绝对没有一丝延时。怎么样?不淡定了吧?
误解:“不就是收发几个光信号吗”,你以为跟“墨子”沟通很容易?
真相:宝宝们,你们可长点心吧!还是让事实教育你吧。 中科院中国科技大学副研究员张文卓说,为了给“墨子”做好“服务”,一个控制中心,五个地面台站共同“伺候”着。量子卫星实验首席科学家潘建伟院士形象地比喻说:五个台站围拢起一个面积达到60万平方公里的巨大“实验室”。在所有的实验当中,量子科学实验卫星的控制中心,就是上海的控制中心,它就好像是一个指挥部,能够和地面的五个台站进行实时的视频通话,而且能够对所有的实验进行一个科学的调度和安排。其余的五个站点,其中北京的兴隆站、新疆的南山站、青海的德令哈站和云南的丽江站,是四个量子通信地面站,主要参与量子密钥分发和量子纠缠分发这两大项实验。位于西藏的阿里站则主要配合卫星一起参与第三项量子科学实验——量子隐形传态。
丽江地面站量子科学实验卫星望远镜分系统副主任设计师贺东说:由于卫星高速飞行,地面站望远镜就需要以相应速度实现极高精度的对准。和捕捉普通卫星信号“覆盖一片”的情况不同,“墨子”的信号基本就是一个点,用一个直径1.8米的望远镜,在一刹那间捕捉到500公里外的一个点讯号,并且要在卫星飞过上空的几分钟时间内连续保持高精度对准信号源,简直就像“针尖对麦芒”一样。
误解:你以为“墨子”上天是咱们国家量子通信的“首秀”?
真相:怎么可能呢?太小瞧我们国家的科技水平了吧!潘建伟院士带领的一干人马早在2009年就在合肥建立了全球第一个城域量子通信网络。2013年,这个团队又在济南建立了到目前为止也是世界最大的城域量子通信网络。目前北京和天津的城域网络也在建设中。更重要的是,量子通信的应用其实我们都早就亲眼目睹过!2009年国庆阅兵、十八大会议期间都用来保障过通信安全。尤其是2009年国庆阅兵期间,“量子信息热线”更是发挥了不可替代的作用:清晰的语音,顺畅的指令通路,成就了阅兵式的震撼。只不过我们当时不知道用的是量子通信技术而已!