Jump to content

Квантовые эксперименты в космическом масштабе

Квантовые эксперименты в космическом масштабе
Имена Квантовый космический спутник
Мициус / Кино
Тип миссии Демонстратор технологий
Оператор Китайская академия наук
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ 2016-051А [1]
САТКАТ нет. 41731 Отредактируйте это в Викиданных
Продолжительность миссии 2 года (планируется)
7 лет, 11 месяцев, 18 дней (в разработке)
Свойства космического корабля
Производитель Китайская академия наук
BOL mass 631 кг (1391 фунт)
Начало миссии
Дата запуска 15 августа 2016 г., 17:40 UTC [2]
Ракета Длинный марш 2D
Запуск сайта Цзюцюань ЛА-4
Подрядчик Шанхайская академия космических технологий
Орбитальные параметры
Режим Солнечно-синхронный
Высота перигея 488 км (303 миль) [2]
Высота апогея 584 км (363 миль) [2]
Наклон 97,4 градуса [2]
Транспондеры
Группа Ультрафиолетовый [3]
Инструменты
Саньяка Интерферометр

Квантовые эксперименты в космическом масштабе ( QUESS ; китайский : 量子 科学 实验 卫星 ; пиньинь : Liàngzǐ kēxué shíyàn wèixīng ; букв. «Спутник для квантовых научных экспериментов») — китайский исследовательский проект в области квантовой физики. QUESS был запущен 15 августа 2016 года.

Проект состоит из спутника Мициус , или Моцзы ( по-китайски : 墨子 ), в честь древнего китайского философа, управляемого Китайской академией наук , а также наземных станций в Китае. и Венский университет Австрийская академия наук управляют европейскими приемными станциями спутника. [4] [5] Спутник провел эксперименты по распределению квантовых ключей между космосом и Землей ( китайский : 量子密钥分发 ), чему способствовал эксперимент по лазерной связи, проведенный на «Тяньгун-2» . модуле космической лаборатории [6] [7]

Проектирование и разработка

[ редактировать ]

QUESS — это миссия для проверки концепции, предназначенная для облегчения экспериментов по квантовой оптике на больших расстояниях и позволяющая разработать технологии квантового шифрования и квантовой телепортации . [8] [9] [10] [11] [5] Квантовое шифрование использует принцип запутанности для облегчения связи, что позволяет абсолютно точно определить, перехватила ли третья сторона сообщение в пути, тем самым исключая возможность необнаруженного дешифрования . Создавая пары запутанных фотонов , QUESS позволит наземным станциям, разделенным многими тысячами километров, устанавливать безопасные квантовые каналы . [3] Сам QUESS имеет ограниченные коммуникационные возможности: ему нужна прямая видимость , и он может работать только при отсутствии солнечного света. [12]

К 2030 году планировалось создать новые спутники Micius, включая глобальную сеть. [12] [13]

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

Квантовые эксперименты в космическом масштабе расположены в Азии.
Синлун
Синлун
Урумчи
Урумчи
Или
Или
Вена
Вена
Наземные станции

Первоначальный эксперимент продемонстрировал распределение квантовых ключей (QKD) между Синьцзянской астрономической обсерваторией недалеко от Урумчи и обсерваторией Синлун недалеко от Пекина расстояние по большому кругу примерно 2500 километров (1600 миль). [3] Кроме того, QUESS проверил неравенство Белла на расстоянии 1200 км (750 миль) – дальше, чем любой эксперимент на сегодняшний день – и телепортировал состояние фотона между обсерваторией Шицюаньхэ в Али , Тибетский автономный район , и спутником. [3] Это требует очень точного орбитального маневрирования и спутникового слежения, чтобы базовые станции могли оставаться на прямой видимости с кораблем. [3] [14] В 2021 году телепортация в полном квантовом состоянии была продемонстрирована на расстоянии более 1200 км (750 миль) на Земле на основе запутанности, распространяемой спутником. [15]

После завершения экспериментов в Китае компания QUESS создала международный канал QKD между Китаем и Институтом квантовой оптики и квантовой информации в Вене, Австрия — наземное расстояние 7500 км (4700 миль), что позволило осуществить первый межконтинентальный безопасный квантовый видеозвонок в 2016 году. [3] [4]

Первоначально запуск был запланирован на июль 2016 года, но был перенесен на август, при этом уведомление о запуске было отправлено всего за несколько дней. [16] Космический корабль был запущен ракетой Long March 2D со Цзюцюань стартовой площадки 603, стартовая зона 4 , 17 августа 2016 года в 17:40 UTC (01:40 по местному времени). [2]

Миссия с несколькими полезными нагрузками

[ редактировать ]

Запуск представлял собой миссию с несколькими полезными нагрузками, совместно используемую QUESS, исследовательским спутником LiXing-1 и испанским научным спутником ³Cat-2.

  • LiXing-1: LiXing-1 — китайский спутник, предназначенный для измерения плотности верхних слоев атмосферы путем понижения 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-ю спутниковый спутник CubeSat с новой полезной нагрузкой GNSS- рефлектометр (GNSS-R) для наблюдения Земли. Его масса 7,1 кг.

Безопасное распространение ключей

[ редактировать ]

Основным прибором на борту QUESS является с эффектом Саньяка интерферометр . [3] Это устройство, которое генерирует пары запутанных фотонов, позволяя по одному из каждого передаться на землю. Это позволит QUESS выполнить квантовое распределение ключей (QKD) – передачу безопасного криптографического ключа , который можно использовать для шифрования и дешифрования сообщений – на две наземные станции. QKD теоретически предлагает действительно безопасную связь. В QKD две стороны, желающие общаться, совместно используют случайный секретный ключ, передаваемый с использованием пар запутанных фотонов, отправленных со случайной поляризацией , причем каждая сторона получает половину пары. Этот секретный ключ затем можно использовать в качестве одноразового блокнота , позволяя двум сторонам безопасно общаться по обычным каналам. Любая попытка подслушать ключ заметно нарушит состояние запутанности. [13] ККД была предпринята на Земле как с прямой видимостью между двумя обсерваториями, так и с использованием оптоволоконных кабелей для передачи фотонов. Однако оптоволокно и атмосфера вызывают рассеяние, которое разрушает запутанное состояние, и это ограничивает расстояние, на котором может быть проведена КРК. Отправка ключей с орбитального спутника приводит к меньшему рассеянию, что позволяет выполнять QKD на гораздо больших расстояниях. [3]

Кроме того, QUESS может проверить некоторые базовые основы квантовой механики . Теорема Белла гласит, что никакая локальная теория скрытых переменных никогда не сможет воспроизвести предсказания квантовой физики, и QUESS смог проверить принцип локальности на расстоянии более 1200 км (750 миль). [9] [3]

Эксперимент по квантовому распределению ключей был удостоен Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) премии Ньюкомба Кливленда в 2018 году за вклад в закладку основы сверхзащищенных сетей связи будущего. [17]

Ведущий научный сотрудник QUESS Пан Цзяньвэй сообщил агентству Reuters , что проект имеет «огромные перспективы» в оборонной сфере. [18] Спутник обеспечит безопасную связь между Пекином и Урумчи, столицей Синьцзяна , отдаленного западного региона Китая. [18] Министерство обороны США полагает, что Китай стремится достичь способности противостоять использованию вражеских космических технологий. [18] Коммунистической партии Китая Генеральный секретарь Си Цзиньпин отдал приоритет космической программе Китая, которая включала испытания противоспутниковых ракет , а New York Times отметила, что квантовые технологии были в центре внимания тринадцатой пятилетки , которую правительство Китая изложило ранее год. [19] The Wall Street Journal сообщила, что запуск поставил Китай впереди конкурентов и приблизил их к «защищенным от взлома коммуникациям». [20] Несколько СМИ назвали утечку Эдвардом Сноуденом документов наблюдения США толчком к развитию QUESS, а Popular Science назвала его «спутником постсноуденовской эпохи». [14] [21] [22]

Похожие проекты

[ редактировать ]

QUESS — первый запущенный космический корабль, способный генерировать запутанные фотоны в космосе. [5] хотя передача одиночных фотонов через спутники ранее была продемонстрирована путем отражения фотонов, генерируемых наземными станциями за пределами орбитальных спутников. [23] Хотя полностью запутанные фотоны и не генерируются, коррелированные пары фотонов были созданы в космосе с помощью куб-спутника Национального университета Сингапура и Университета Стратклайда . [23] Немецкий консорциум выполнил квантовые измерения оптических сигналов с геостационарного Alphasat лазерного терминала связи . [24] В 2012 году Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустило проект макроскопической квантовой связи Quiness, призванный стимулировать развитие сквозного глобального квантового Интернета.

В 2024 году ЕКА намерено запустить спутник распределения квантовых ключей Eagle-1 с целью, аналогичной цели китайского QUESS. Это будет частью разработки и развертывания Европейской инфраструктуры квантовой связи (EuroQCI). [25]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «QSS (Мози)» . space.skyrocket.de . Космическая страница Гюнтера . Проверено 17 августа 2016 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и ж «QUESS стартовал с космодрома в пустыне Гоби» . Новости космического полета . 17 августа 2016 года. Архивировано из оригинала 17 июня 2017 года . Проверено 17 августа 2016 г.
  3. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Линь Син (16 августа 2016 г.). «Китай запустил первый в мире спутник квантовой науки» . Мир физики . Институт физики . Проверено 22 ноября 2020 г.
  4. ^ Перейти обратно: а б «Первый квантовый спутник успешно запущен» . Австрийская академия наук . 16 августа 2016 г. Архивировано из оригинала 18 марта 2018 г. . Проверено 17 августа 2016 г.
  5. ^ Перейти обратно: а б с Уолл, Майк (16 августа 2016 г.). «Китай запускает новаторский «защищенный от взлома» спутник квантовой связи» . Space.com . Покупка . Проверено 17 августа 2016 г.
  6. ^ «Тяньгун2» . chinaspacereport.com . Китайский космический доклад. 28 апреля 2017 г. Архивировано из оригинала 17 мая 2018 г. . Проверено 12 ноября 2017 г.
  7. ^ Хуася (16 сентября 2016 г.). «Тяньгун-2 сделает Китай на шаг ближе к космической станции» . китайский космический отчет. Архивировано из оригинала 17 мая 2018 года . Проверено 12 ноября 2017 г. .
  8. ^ Жэнь, Цзи-Ган; Юн, Хай-Лин; Ляо, Шэн-Кай; Лю, Вэй-Юэ; Цай, Вэнь-Ци, Ли; на Земли » Куй августа 2017 г.) « Син ( - спутник Ян , Квантовая с 9 телепортация . 10.1038 nature23675 ISSN   1476-4687 . PMID   28825708 /  
  9. ^ Перейти обратно: а б Хуан Инь Цао; Шэн-Кай Ляо; Лян Цзи-Цай; Вэй-Юэ Лю; Хуэй Дай; Юнь-Хун Ли; Фэн-Чжи Ли; Цзы-Цин Цзя; Цзянь-Цзюнь Цзя; И-Линь Чжоу; Чжан На Ван; Чжэнь-Цай Чжу; Юй-Ао Чэнь; Чэн-Чжи Пэн; Цзянь-Вэй Пэн (2017). Распределение запутанности по данным спутников на расстоянии более 1200 километров». Quantum Optics . 356 (6343): 1140–1144. : 1707.01339 . doi : 10.1126 /science.aan3211 . PMID   28619937. arXiv S2CID   5206894 .
  10. ^ Биллингс, Ли (23 апреля 2020 г.). «Китай побил рекорд «жутких действий на расстоянии», готовясь к квантовому Интернету» . Научный американец .
  11. ^ Попкин, Габриэль (15 июня 2017 г.). «Китайский квантовый спутник совершает «жуткие действия» на рекордном расстоянии» . Наука - АААС .
  12. ^ Перейти обратно: а б Хуася (16 августа 2016 г.). «Китайский фокус: космические спутники Китая совершают квантовый скачок» . Синьхуа. Архивировано из оригинала 17 августа 2016 года . Проверено 17 августа 2016 г.
  13. ^ Перейти обратно: а б Джеффри Лин; П.В. Сингер; Джон Костелло (3 марта 2016 г.). «Китайский квантовый спутник может навсегда изменить криптографию» . Популярная наука . Проверено 17 августа 2016 г.
  14. ^ Перейти обратно: а б «Запуск Китаем квантового спутника — важный шаг в космической гонке» . Ассошиэйтед Пресс. 16 августа 2016 года. Архивировано из оригинала 27 октября 2016 года . Проверено 17 августа 2016 г.
  15. ^ Ли, Бо, Юань; Ли, Юй-Хуай; Лю, Вэй-Юэ; Ли, Ли, Най-Ле (26 апреля 2022 г.). на расстояние более 1200 км . состояния квантового « Перенос распределенной запутанности » предварительной помощью с 10.1103 PhysRevLett.128.170501 ISSN   0031-9007 PMID   35570417 . S2CID   248812124 /
  16. ^ Томаш Новаковски (16 августа 2016 г.). «Китай запустил в космос первый в мире спутник квантовой связи» . Космический полет Инсайдер . Проверено 17 августа 2016 г.
  17. ^ Д. Коэн, Адам (31 января 2019 г.). «Прогресс в области квантовой запутанности удостоен премии AAAS Newcomb Cleveland 2018» . Американская ассоциация содействия развитию науки .
  18. ^ Перейти обратно: а б с «Китай запускает защищенный от взлома спутник связи» . Рейтер . 16 августа 2016 г. Проверено 18 августа 2016 г.
  19. ^ Эдвард Вонг (16 августа 2016 г.). «Китай запускает квантовый спутник, стремясь стать пионером в области безопасных коммуникаций» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 19 августа 2016 г.
  20. ^ Джош Чин (16 августа 2016 г.). «Последний скачок Китая вперед не просто велик — он квантовый» . Уолл Стрит Джорнал . Проверено 19 августа 2016 г.
  21. ^ Джеффри Лин; PW Сингер (17 августа 2016 г.). «Китай запустил квантовый спутник в поисках средств связи, которые невозможно взломать» . Проверено 19 августа 2016 г.
  22. ^ Люси Хорнби, Клайв Куксон (16 августа 2016 г.). «Китай запустил квантовый спутник для борьбы с хакерами» . Проверено 19 августа 2016 г.
  23. ^ Перейти обратно: а б Элизабет Гибни (27 июля 2016 г.). «Китайский спутник — это гигантский шаг на пути к квантовому интернету» . Природа . 535 (7613): 478–479. Бибкод : 2016Natur.535..478G . дои : 10.1038/535478a . ПМИД   27466107 .
  24. ^ Гентнер, Кевин; Хан, Имран; Эльзер, Доминик; Стиллер, Биргит; Байрактар, Омер; Мюллер, Кристиан Р.; Сауке, Карен; Трендле, Даниэль; Хейне, Франк; Зил, Стефан; Грейлих, Питер; Зех, Хервиг; Дружно, Бьёрн; Филипп Мэй, Сабина; Марквардт, Кристоф; Лойхс, Герд (2017). «Квантовые измерения оптических сигналов с геостационарного спутника». Оптика . 4 (6): 611–616. arXiv : 1608.03511 . Бибкод : 2017Оптика...4..611G . дои : 10.1364/OPTICA.4.000611 . S2CID   15100033 .
  25. ^ «Квантовое шифрование для повышения европейской автономии» . ЕКА . 22 сентября 2022 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: eb4c2b35736b2c61d8ee4bbc4182ea9c__1714584720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/eb/9c/eb4c2b35736b2c61d8ee4bbc4182ea9c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Quantum Experiments at Space Scale - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)