Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Квантовые эксперименты в космическом масштабе
ИменаКвантовый космический спутник
Micius / 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 LA-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
ГруппаУльтрафиолет [3]
Инструменты
Интерферометр Саньяка
 

Квантовые эксперименты на космической шкале ( Quess ; китайская :量子科学实验卫星; пиньинь : Liàngzǐ kēxué Шиян Weixing , лит 'Quantum Science Experiment Satellite'), является китайским научно - исследовательским проектом в области квантовой физики.

Tiangong-2 - это второй модуль космической лаборатории Китая, который был запущен 15 сентября 2016 года. Tiangong-2 имеет в общей сложности 14 миссий [4] и пакетов экспериментов, включая распределение квантовых ключей космос-Земля( китайский :量子 密钥 分发) и лазер. коммуникационный эксперимент для облегчения квантовой связи космос-земля. [5]

Спутник, получивший прозвище Micius или Mozi ( китайский :墨子) в честь древнего китайского философа и ученого, управляется Китайской академией наук , а также наземными станциями в Китае. Университет Вены и Австрийская академия наук работают европейские приемные станции спутника. [6] [7]

QUESS - это испытательная миссия, разработанная для облегчения экспериментов по квантовой оптике на больших расстояниях, что позволяет разработать квантовое шифрование и технологию квантовой телепортации . [7] Квантовое шифрование использует принцип запутанности для облегчения связи, которая может абсолютно определить, перехватила ли третья сторона сообщение в пути, таким образом отрицая необнаруженное дешифрование . Создавая пары запутанных фотонов , QUESS позволит наземным станциям, разнесенным на многие тысячи километров, устанавливать безопасные квантовые каналы . [3]Сам QUESS имеет ограниченные возможности связи: ему нужна прямая видимость , и он может работать только в отсутствие солнечного света. [8]

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

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

Миссия [ править ]

Xinglong
Урумчи
Али
Вена
Наземные станции

Первоначальный эксперимент продемонстрировал квантовое распределение ключей (QKD) между Синьцзянской астрономической обсерваторией возле Урумчи и обсерваторией Синлун возле Пекина - расстояние по дуге большого круга составляет примерно 2500 километров (1600 миль). [3] Кроме того, QUESS проверил неравенство Белла на расстоянии 1200 км (750 миль) - дальше, чем любой другой эксперимент на сегодняшний день - и телепортировал состояние фотона между обсерваторией Шикуанхе в Али , Тибетский автономный регион и спутником. [3] Это требует очень точного орбитального маневрирования.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 Институтом квантовой оптики и квантовой информации в Вене, Австрия - на расстоянии 7500 км (4700 миль), что позволило провести первый межконтинентальный безопасный квантовый видеозвонок в 2016 году. [3] [6]

Запустить [ редактировать ]

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 ракетой Long March 2D со стартовой площадки Цзюцюань 603, стартовая площадка 4 17 августа 2016 года в 17:40 UTC (01:40 по местному времени). [2]

Миссия с несколькими полезными грузами [ править ]

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 лаборатории NanoSat Политехнического университета Каталонии . Это 6-Unit CubeSat летающий новый GNSS рефлектометр (GNSS-R) полезную нагрузку для наблюдения Земли. Его масса 7,1 кг.

Безопасное распространение ключей [ править ]

Основная статья: Квантовое распределение ключей

Основным инструментом на борту Quess является « эффект Саньяка » интерферометр . [3] Это устройство, которое генерирует пары запутанных фотонов, позволяя передавать по одному из них на землю. Это позволит QUESS выполнять квантовое распределение ключей (QKD) - передачу защищенного криптографического ключа, который может использоваться для шифрования и дешифрования сообщений - двум наземным станциям. 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 со случайной поляризацией , причем каждая сторона получает половину пары. Затем этот секретный ключ можно 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 при прямой видимости между двумя обсерваториями, так и с использованием оптоволоконных кабелей 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 квантовой механики . Теорема Белла гласит, что никакая локальная теория скрытых переменных никогда не сможет воспроизвести предсказания квантовой физики, и QUESS сможет проверить принцип локальности на расстоянии более 1200 км (750 миль). [3]

Анализ [ править ]

Ведущий научный сотрудник QUESS Пан Цзяньвэй сообщил агентству Рейтер, что проект имеет "огромные перспективы" в сфере обороны. [12] Спутник обеспечит безопасную связь между Пекином и Урумчи, столицей Синьцзяна , отдаленного западного региона Китая. [12] Министерство обороны США считает , что Китай стремится достичь способности противостоять использованию космической техники противника. [12] Генеральный секретарь Коммунистической партии Китая Си Цзиньпин уделил приоритетное внимание космической программе Китая, которая включала испытания противоспутниковых ракет , а также New York Times. отметил, что квантовые технологии были в центре внимания тринадцатого пятилетнего плана , который правительство Китая изложило ранее в том же году. [13] The Wall Street Journal сообщает, что запуск поставил Китай впереди конкурентов и приблизил их к «защищенным от взлома средствам связи». [14] Несколько точек определена Сноудно «s утечка документов наблюдения США в качестве стимула для развития Quess с Popular Science , назвав его„спутник для возраста после Сноудно“. [10] [15] [16]

Похожие проекты [ править ]

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 наземными станциями за пределами орбитальных спутников. [17] В то время как не в полной мере генерации запутанных фотонов, коррелированных пар фотонов были произведены в пространстве с использованием CubeSat со стороны Национального университета Сингапура и университета Стратклайда . [17] Немецкий консорциум выполнил квантовые измерения оптических сигналов от геостационарного терминала лазерной связи Alphasat . [18] Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустило проект макроскопических квантовых коммуникаций Quiness, чтобы ускорить развитие сквозного глобального квантового интернета в 2012 году.

См. Также [ править ]

  • Китайская космическая программа
  • Квантовая информация
    • Квантовая криптография
    • Квантовые вычисления

Ссылки [ править ]

  1. ^ "QSS (Mozi)" . space.skyrocket.de . Космическая страница Гюнтера . Дата обращения 17 августа 2016 .
  2. ^ a b c d e f "QUESS запущен с космодрома в пустыне Гоби" . Космические полеты . Новости . 17 августа 2016 года Архивировано из оригинала 17 июня 2017 . Дата обращения 17 августа 2016 .
  3. ^ a b c d e f g h i Линь Син (16 августа 2016 г.). «Китай запускает первый в мире спутник квантовой науки» . Мир физики . Институт физики . Проверено 22 ноября 2020 года .
  4. ^ "Tiangong2" . chinaspacereport.com . China Space Report. 28 апреля 2017 . Проверено 12 ноя 2017 .
  5. ^ huaxia (16 сентября 2016 г.). «Tiangong-2 делает Китай на шаг ближе к космической станции» . chinaspacereport . Проверено 12 ноября 2017 года .
  6. ^ a b "Первый квантовый спутник успешно запущен" . Австрийская академия наук . 16 августа 2016 . Дата обращения 17 августа 2016 .
  7. ^ a b c Уолл, Майк (16 августа 2016 г.). "Китай запускает новаторский" взломостойкий "спутник квантовой связи" . Space.com . Purch . Дата обращения 17 августа 2016 .
  8. ^ a b huaxia (16 августа 2016 г.). «China Focus: космические спутники Китая совершают качественный скачок» . Синьхуа . Дата обращения 17 августа 2016 .
  9. ^ a b Джеффри Лин; PW Singer; Джон Костелло (3 марта 2016 г.). «Китайский квантовый спутник может навсегда изменить криптографию» . Популярная наука . Дата обращения 17 августа 2016 .
  10. ^ a b «Запуск Китаем квантового спутника - важный шаг в космической гонке» . Ассошиэйтед Пресс. 16 августа 2016 . Дата обращения 17 августа 2016 .
  11. ↑ Tomasz Nowakowski (16 августа 2016 г.). «Китай запускает в космос первый в мире спутник квантовой связи» . Spaceflight Insider . Дата обращения 17 августа 2016 .
  12. ^ a b c "Китай запускает" защищенный от взлома "спутник связи" . Рейтер . 2016-08-16 . Проверено 18 августа 2016 .
  13. ↑ Эдвард Вонг (16 августа 2016 г.). «Китай запускает квантовый спутник, чтобы стать пионером в области безопасной связи» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 19 августа 2016 .
  14. ↑ Джош Чин (16 августа 2016 г.). «Последний скачок Китая вперед не просто велик - он квантовый» . Wall Street Journal . Проверено 19 августа 2016 .
  15. ^ Джеффри Лин; PW Singer (17 августа 2016 г.). «Китай запускает квантовый спутник в поисках надежных коммуникаций» . Проверено 19 августа 2016 .
  16. ↑ Люси Хорнби, Клайв Куксон (16 августа 2016 г.). «Китай запускает квантовый спутник в битве против хакеров» . Проверено 19 августа 2016 .
  17. ^ a b Элизабет Гибни (27 июля 2016 г.). «Китайский спутник - это гигантский шаг для квантового Интернета» . Природа . 535 (7613): 478–479. Bibcode : 2016Natur.535..478G . DOI : 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 [ квант-ф ].

Внешние ссылки [ править ]

  • QUESS Launching (китайский)
  • Веб-сайт спутника 3Cat-2 в Политехническом университете Каталонии