全世界第一个量子卫星

第三届BEYOND国际科技创新博览会（以下简称“BEYOND Expo 2023”）以“重义科技Technology Redefined”强势回归线下，于5月10日-12日在威尼斯人金光会展中心盛大开幕。

BEYOND组委会邀请到中国科协副主席，中国科学技术大学常务副校长、教授，中科院量子信息与量子科技创新研究院院长，中国科学院院士，发展中国家科学院院士潘建伟（Pan Jianwei）先生出席开幕式。其长期从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究工作，是该领域有国际影响的学者，特别是在量子通信、多光子纠缠操纵和冷原子量子存储等研究方向上做出了系统性创新贡献。

以下为潘建伟先生演讲内容精华：

2022年诺贝尔物理学奖被授予科学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect），约翰·弗朗西斯·克劳泽（John F. Clauser）和安东·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他们“用纠缠光子进行的实验，建立了贝尔不等式的违反，并开创了量子信息科学”。

2022年的诺贝尔物理学奖的新闻发布会和科学背景介绍中，都对中国科学家的相关的工作进行了重点介绍，包括墨子号量子卫星实现星际量子密钥分发、地心量子型常态，以及最近的量子密钥分发的工作等。

量子信息科学主要包括两方面的应用：利用量子通讯提供一种原理上无条件安全的通讯方式；利用量子计算大幅度提高运算能力。

在量子计算当中人们是利用量子比特来编码信息，那么利用量子叠加原理可以实现超快的并行计算，从而达到指数级的加速，因此量子计算机可以用来解决经典密码获取、天气预报、金融分析和药物设计等的多个领域问题。

在量子计算方面，最终实现通用的量子计算机还需要长时间的努力。为了确保该领域的健康发展，学术界为量子计算设定了三个发展阶段：第一个阶段是实现的量子计算的优越性，这是指量子计算系统对某些特定问题的求解速度已经远远超过了经典超级计算机，来展示其本身的优越性；第二阶段是构建专用的量子模拟机，用来求解一些经典计算机难胜任的特定复杂问题，比如高温超导机制等；第三阶段，目标是希望在量子纠缠的帮助下实现通用的可编程的量子计算。

在未来，为了实现全球化的量子通信，需要克服目前卫星量子中心所面临的难题。一是单颗低轨卫星没办法直接覆盖全球；二是目前的卫星还只能在低影区工作。相应的解决方案，是通过发射多颗低轨卫星来构成一个高效率的卫星网络，也就是所谓的亮点星座；在这个基础之上，还可以发射具有更长过境时间的中高轨的卫星来分发更多密钥。而这些方案实现的根本前提是卫星能够在太阳辐射背景下工作。

2017年，我们已经实现了在日光背景下远距离自由空间量子通信的地面实验，验证了全天质量的通信可行性。为了实现实用化的量子星座，我们已经成功研制了低成本和轻量化、微能量的卫星。

国际上首颗微纳量子卫星“济南1号”已经在2022年7月发射，它的载荷只有20公斤，与墨子号相比重量已经大幅度降低。当前我们正在研制第一颗中高轨量子卫星，计划在2026年前后发射，除了要实现量子密钥分发之外，也为量子精密测量提供了新的平台。通过这颗量子卫星，可以实现万公里量级量子纠缠分发，在未来借助全球化的纠缠分发，可以将多个原子之间的原子纠缠起来，从而大幅度提高原子中的稳定性。利用光中和超高精度的光屏标传输，我们可以在外太空构建一个长基线干涉仪，并开展一些物理学基本原理检验，这里面包括暗物质探测和引力波探测等。

在量子计算领域，我们希望未来可以达到对数百个量子比特的相关操纵，从而构建专用的量子模拟，帮助我们理解一些复杂物理系统规律，比如高温超导机理、量子波尔效应等。目前，通过10年至15年努力，我们希望能够操纵上百万个量子并实现量子纠错，初步构建可编程的通用量子计算机。

酆常志29132016年8月16日凌晨,中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”送入太空轨道,它预示着人类将首次完成卫星... -
仲茅巩18793044653 ______[答案] (1)卫星的重力:G=mg=640kg*10N/kg=6400N;卫星的体积:V=a3=1.7m*1.7m*1.7m=4.913m3,卫星的平均密度:ρ=mV=640kg4.913m3≈130kg/m3.(2)在上升过程,以火箭为参照物,卫星相对于火箭的位置没有发生改变,...

酆常志2913北京时间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“墨子号”)发射升空,这将使... -
仲茅巩18793044653 ______[选项] A. 地球运动 B. 太阳辐射 C. 月球引力 D. 太阳活动

酆常志2913材料一:2016年8月16日,我国在酒泉卫星发射中心成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空,我国自主研发的量子卫星突破了一系列关键技... -
仲茅巩18793044653 ______[答案] (1) ①实践具有能动性,“量子卫星承载探索星地量子通信可能性的使命”体现了这一点; ②实践是检验认识真理性的唯一标准,“量子卫星将在空间尺度验证量子理论的真实性”体现了这一点. (2) 量子卫星的成功发射和在轨运行,有助于提高自...

酆常志2913中国发射世界首颗量子卫星为什么叫墨子号 -
仲茅巩18793044653 ______ 因为“墨子是中国最早的逻辑体系的创始人,墨子跟光学的工作是紧密相关的,他的发现奠定了光通信、量子通信的基础.”潘建伟表示,正是通过小孔成像实验,墨子证明了光是沿着直线进行传播的,这也在墨子所著的《墨经》中有所体现.而潘建伟认为,中国人的祖先里有很多非常伟大的科学家,我们之所以取“墨子”这位古代先贤的名字做卫星的名字,也是对中国传统文化的一份自信与敬意.全球首颗量子科学实验卫星即将带着探索星地量子通信的使命升空.

酆常志2913世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”有何本事 -
仲茅巩18793044653 ______ 世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”与其他的通信卫星基本功能是一样的,就是通信;但是墨子号有一个特殊的本领,那就是它可以利用量子技术实现保密通信,到目前为止这种保密技术还无法被破解.

酆常志2913＂墨子号＂卫星到底有多牛 -
仲茅巩18793044653 ______ “墨子号”是由我国完全自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星,于2016年8月16日发射升空.该卫星从科学概念的提出到关键技术突破,从有效载荷研制到科学成果的产出,由中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主导完...

酆常志29132016年8月16日l时40分,我国在酒泉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.如图所示为“墨子号”卫星在距离地球表... -
仲茅巩18793044653 ______[选项] A. 可以估算出“墨子号”所受到的万有引力大小 B. “墨子号”的周期大于地球同步卫星的周期 C. 工作时,两地发射和接受信号的雷达方向一直是固定的 D. 卫星绕地球做匀速圆周运动的速度小于7.9km/s

酆常志2913我国发射的世界首个量子卫星取名“墨子号”,墨子是我国古代著名的思想家、科学家,在两千多年前他就设计了小孔成像实验,小孔成像是由于光沿___形... -
仲茅巩18793044653 ______[答案] 小孔成像是光的直线传播现象.物体上部的光线通过小孔后,射到了光屏的下部;物体下部的光线通过小孔后,射到了光屏的上部,因此通过小孔后所成的像是倒立的实像. 故答案为:直线传播;实.

酆常志29132016年8月16日,我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射,并进入预定圆轨道.已知“墨子号”卫星的质量为m,轨道离地面... -
仲茅巩18793044653 ______[答案] (1)“墨子号”卫星的角速度ω= 2π T, “墨子号”卫星的向心力Fn=m(R+h)ω2=m(R+h) 4π2 T2. (2)万有引力提供“墨子号”卫星向心力G Mm (R+h)2=Fn, 解得地球的质量M= 4π2(R+h)3 GT2. (3)万有引力提供物体绕地球表面做匀速圆周运动向心力G Mm...