http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2016-08-16
中国成功发射全球首颗量子科学实验卫星
中新社酒泉8月16日电 (记者 梁晓辉)8月16日01时40分，中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将全球首颗量子科学实验卫星(简称量子卫星)发射升空。此次发射任务的圆满成功，标志着中国空间科学研究又迈出重要一步。
量子卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，其主要科学目标是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
量子卫星工程由中国科学院国家空间科学中心抓总负责。中国科学技术大学负责科学目标的提出和科学应用系统的研制；中国科学院上海微小卫星创新研究院(上海微小卫星工程中心)抓总研制卫星系统，中国科学院上海技术物理研究所联合中国科学技术大学研制有效载荷分系统；中国科学院国家空间科学中心牵头负责地面支撑系统研制、建设和运行，对地观测与数字地球科学中心等单位参加。
中国自主研发的量子卫星突破了一系列高新技术，包括同时瞄准两个地面站的高精度星地光路对准、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等工程级关键技术等，卫星设计寿命为两年。量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于中国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动中国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动中国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。
本次任务还搭载发射了中国科学院研制的稀薄大气科学实验卫星和西班牙科学实验小卫星。
长征二号丁运载火箭由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究院研制。此次发射是长征系列运载火箭的第234次飞行。(完)
【中新网】
量子卫星，探索“魔法”的中国首射
2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星（简称“量子卫星”）发射升空（拼版照片）。新华社记者 金立旺摄
新华社北京８月１６日电（记者杨骏）中国刚刚成功发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，引发了全球科技界的关注和热议。这不再只是一个中国的科研大事，因为它所获得的任何成果，必将是世界性的。
为何一颗卫星的发射，引发了这么大关注？这要从其魔法般的特性说起。
大约一百年多前，我们生活在一个很“经典”的宇宙里，一切都合乎常情，没有什么奇怪表现。随后，量子理论出现了。
突然间，事物的表现不再总是合乎一个理性的人的料想了。在微观尺度上，一个粒子可以同时处于两个地方，甚至可以同时向两个不同的方向运动。而且粒子之间可以互相纠缠——通过某种方式即时地远程感知、影响对方。
起源于１９００年的普朗克量子力学，描述了这些看似魔法的物理现象。这套理论不断获得实验支持，在一百多年里催生了许多重大发明——原子弹、激光、晶体管、核磁共振等，改变了世界面貌。
量子信息技术是量子力学的最新发展。其中，用这一技术有望打造“不可拦截”的密钥，让通信高度保密。而未来的量子计算机，可能会比传统计算机快亿万倍。这些特性看似魔法，未来却会成为寻常事。
中国此次发射量子卫星的主要任务，是执行星地高速量子密钥分发、广域量子通信网络、星地量子纠缠分发以及地星量子隐形传态等多项科学实验任务。这都是量子信息技术的最前沿研究，自然是举世瞩目。
但是，要让看似魔法的效果真正实现，还需要长期艰苦卓绝的努力。因为，搞基础科学研究，需要耐得住寂寞、甘坐冷板凳以及长期的积累。
量子、引力波等许多看似枯燥无味或高深难懂的基础研究，之所以吸引全球各主要国家持之以恒地研究投入，正在于它们都有着引发魔法般巨变的前景。量子力学已经引发了社会巨变。比如，电磁波的发现最终使人类有了无线电通信和手机，在狭义相对论中质能关系理论指导下，科学家最终制造出了原子弹、氢弹和核反应堆，卫星定位等技术也借助了狭义相对论的知识。基础科学研究可以带给人类什么？它带给人类无穷的可能。前沿基础研究，探索的是“魔法”的奥秘，必将带来社会进步。
在今年引力波发现后，美国麻省理工学院校长拉斐尔·赖夫的公开信中的一段话发人深省：“基础科学研究往往是艰苦的、严谨且缓慢的，但不要忘记，它又是震撼性的、革命性的和具有催化作用的。没有基础科学，最好的设想就无法得到改进，‘创新’也只能是修修补补。只有基础科学进步，社会才能进步”。
中国量子科学实验卫星的成功发射，是探索“魔法”奥秘的重要一步。
【新华网】
“墨子”升空 听听量子卫星首席科学家怎么说
2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。
作为世界顶尖的前沿科学技术，潘建伟院士和他的团队在量子通信的研究道路上遭遇过怎样不为人知的挫折？在欧美众多实力强劲的国家中，潘建伟团队为何选择奥地利作为量子通信项目的合作伙伴？作为量子通信领域的技术强国，中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者，而在此过程中我国量子通信技术的发展过程中又有着怎样里程碑式的事件？
更多关于量子卫星的最新独家报道，我们邀请到了中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟进行了专题访问。
尖端科技背后的故事
潘建伟介绍，在量子通信技术的研发过程中，单个光量子的制备和探测是主要的两个技术难题。首先，制备单个光量子的技术难题。潘建伟举了一个非常形象的例子来解释这一关键技术的难度：一个十五瓦左右的普通灯泡每秒钟辐射出的光量子个数可以达到百亿亿个，要想实现单个光量子的制备就如同在瞬间发射出来的百亿亿个光量子中捕捉到其中的一个，技术难度可想而知。另一个难题是单光子的探测。单个光子是光能量的最小单元，能量非常微弱，需要发展出非常精密和高效的单光子探测技术。具备了单个光量子的制备和探测的能力后，我们就可以实现安全的量子通信了。
量子信息的应用除了实现无条件安全的通信外，还可以带来计算能力的飞跃，这就需要把一个个的单量子纠缠起来。量子计算机的能力是随着纠缠粒子数目呈指数增长的，比如有100个粒子的纠缠，每个粒子可以处于“0”和“1”的相干叠加，100个纠缠的粒子就可以同时处于2100个状态的叠加，这就相当于同时对2100个数进行操纵，计算能力大幅提升。把一个个粒子纠缠起来需要对它们之间的相互作用进行精确的控制，同时还要保证克服环境的干扰。潘建伟团队通过一种名为“光晶格”的实验装置成功攻克了这一技术难题，而“光晶格”捕捉单个原子的技术原理就如同把鸡蛋逐个放入蛋槽的过程，每个光晶格中只能容纳一个原子，再通过人为控制这些原子的相互作用，使得它们纠缠起来。虽然现在的技术水平已经发展到可以操纵数百个原子，但要实现数百个原子之间的量子纠缠态还有很长的路要走。潘建伟解释说，如果将几百个原子纠缠在一起，就能够演示量子计算机的基本功能了。
奥地利——梦开始的地方
据了解，此次“墨子号”量子通信卫星包含了国际合作任务，并选择了奥地利作为首个国际合作伙伴。为何偏偏选择奥地利？这还要从潘建伟的求学经历说起。
潘建伟在中国科学技术大学学习期间，第一次领略到量子世界的奇妙。但随着对量子研究的深入，他越发意识到量子理论中的各种奇特现象需要更加尖端的实验技术和条件才能够得到验证，而当时国内在这方面还相对落后。于是，在1996年潘建伟来到奥地利因斯布鲁克大学，师从奥地利物理学家Anton Zeilinger攻读博士学位。那时Anton Zeilinger教授已经建立了量子实验室，并且是量子物理学领域的国际权威。在奥地利，潘建伟和同事们完成了国际上首次实现光子的量子隐形传态的实验，这被认为是量子信息实验领域的开端。此后几年，潘建伟和同事们又先后实现了一系列量子信息领域的先驱性实验，这些宝贵的经历为以后潘建伟在量子通信领域的突破性贡献奠定了坚实的基础。潘建伟对奥地利的特殊感情还不止于此。潘建伟在奥地利求学期间，一直得到了奥地利外交部和学术交流机构的资助。博士毕业后，潘建伟又继续在维也纳大学实验物理所从事博士后研究，而维也纳大学正是薛定谔等量子力学的奠基人工作过的地方，无疑是量子力学的“圣地”之一。
所以，当昔日的老师主动提出加入我国的量子卫星计划时，，奥地利便顺理成章地成为了量子科学实验卫星项目的第一个国际合作伙伴。潘建伟提到，量子科学实验卫星会向全世界开放，在奥地利之后，德国、意大利、加拿大等国的团队也主动请求加入。
追寻量子通信发展的轨迹
潘建伟曾经在接受采访时谈到，作为量子通信领域的技术强国，中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。回顾中国量子通信领域的发展历程，取得的优异成绩离不开先辈科学家们孜孜不倦的奋斗与拼搏。
潘建伟表示，我国在量子通信领域的研究起步较早，在上世纪90年代初就有郭光灿院士、张永德教授等老一辈科学家对该领域发展的密切关注，并且中国科学技术大学已经发表了一些该领域的文章。潘建伟强调说，中国量子通信领域之所以能够发展到今天这一步，与当时中科院与时俱进的敏锐眼光密切相关。比如，在他2001年回国组建实验室时，一切都是从零开始。当时，他向中科院申请了200万经费，而中科院基础局却拨了400万。在中科院的重视和支持下，实验室的发展速度非常快，很快就有了一批由中国人完成的量子信息领域的重要成果。之后，中科院的支持力度又进一步加大。同时，国内其他团队也发展起来了。在2005年，国家的重大研究计划也开始注意到了量子调控，在中科院物理所的于渌院士、南京大学的闵乃本院士等科学家的建议下，量子调控成为国家重大研究计划的内容，到目前这一计划已经执行了十余年。正是由于国家的重点扶持，我国的量子通信技术才得以快速发展。近年来，中科院启动量子卫星项目，国家发改委启动“京沪干线”项目，为量子通信技术实现跨越式的发展注入了长足的动力。但同时潘建伟也表示，欧美等国家也相继启动了包括量子通信在内的量子专项计划，政府也给予了大力支持，所以我国在未来能否持续抢占量子通信领域的领跑地位，还需要不断创新不断前进。
量子通信是目前为止唯一被严格证明可提供无条件安全的保密通信手段。随着我国发射全球第一颗量子实验卫星以及 “京沪干线”的建成,都将奠定中国在量子通信领域的领跑地位。目前，在量子通信领域，无论是科学研究还是实际应用，我国都已处于世界领先水平，我们也期待着，量子通信从理论到实验再到实践的完美蜕变。
[科普中国]
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我国即将发射的全球首颗量子卫星被命名为"墨子号"
新华社甘肃酒泉８月１５日电（记者吴晶晶、徐海涛）记者１５日从中科院获悉，我国即将发射的全球首颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”。
“关于这颗卫星的命名，我们考虑了好久。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说，最终命名为墨子，缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照。
据了解，钱临照作为老一辈光学、科技史研究者，早年对墨家经典著作《墨经》有过深入研究，发现其中有不少与现代科学知识相通的记载，比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。
“墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一，而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说，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。”他说。
据了解，作为中科院空间科学战略性先导专项首批科学卫星之一，量子科学实验卫星将在国际首次开展星地高速量子密钥分发、空间尺度的量子隐形传态等多项实验。目前量子卫星发射前的准备工作已基本完成。
【新华网】
焦点科普：爱因斯坦错没错，中国卫星来验证
新华社北京８月１５日电（记者黄堃）爱因斯坦在许多人心中已成科学真理的代名词，但了解科学史的人都知道，爱因斯坦代表的经典物理学派与玻尔等人代表的量子学派之间的论战已近百年，许多问题还没有最后答案。而中国即将发射的量子科学实验卫星，将有可能帮助解决关于量子纠缠的问题。
“鬼魅般的超距作用”，这是爱因斯坦在１９３５年对量子纠缠的评论。量子力学认为，两个处于量子纠缠态的粒子无论相隔多远，改变其中一个粒子的状态，另一个粒子的状态就会马上随之改变。这种状态之间的关联不需经典物理学中的力场或电场，其关联速度也可认为超过光速，这被称为“量子非定域性”。爱因斯坦作为经典物理学的代表人物，对此表示怀疑，觉得这要能成立简直是“见鬼了”。
百余年来，量子力学的许多理论不断得到实验结果支持，催生了原子弹、激光、核磁共振、全球卫星定位系统等重大发明，改变了整个世界，被认为是“第一次量子革命”。而对爱因斯坦提出的质疑开展的持续研究，助推了量子调控技术的发展，催生了以量子通信和量子计算为代表的量子信息技术，被认为是开启了“第二次量子革命”。
但对于量子纠缠这个具体问题，目前的实验结果还不能最终定论。中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心的陆朝阳教授告诉新华社记者，虽然已有许多实验支持量子非定域性正确，但都还存在一些理论上的漏洞，“到目前为止，还没有实现自由意志的量子非定域检验，也就是说，没有一个实验是百分之百地完全关闭所有的漏洞”。
中国即将发射全球首颗量子科学实验卫星，从而提供一个在太空进行实验的平台，将有望通过超远距离的量子纠缠实验，来实现对量子非定域性的检验。量子卫星项目的首席科学家是潘建伟院士，陆朝阳是潘建伟团队的主要成员之一。他说，团队计划做相关实验，“希望通过卫星的帮助更好地回答爱因斯坦的世纪之问”。
不过陆朝阳也表示，并不是卫星发射之后就能马上实现对量子非定域性的“终极检验”，“要实现自由意志的量子非定域检验，需要将量子纠缠的分发距离达到几十万公里的量级，比如在月球上也要有个量子的观测站，来实现地月之间的量子纠缠分发”。要达到这一目标，还有很长的路要走，“量子科学实验卫星所发展起来的技术，为这一终极目标迈出了关键一步”。
空间尺度的量子非定域性检验只是中国量子卫星可能带来重要科学成果的一个方面。由于此前全世界关于量子力学的实验都是在地面上进行，在重力等条件发生很大变化的太空，同样的量子力学实验结果会不会有变化，是科学界非常关心的问题。“物理学家当然希望有变化了，” 陆朝阳说，“如果真的发生变化，那就打开了新的物理学的大门。”
看来，中国这颗量子卫星，不仅可能帮助判断爱因斯坦对量子纠缠的看法是否正确，还有可能为整个科学的发展做出巨大贡献。
【新华网】