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量子科学实验卫星——“墨子号”

Quantum Experiments at Space Scale (QUESS)

墨子号量子科学实验卫星是世界首颗量子科学实验卫星,旨在建立卫星与地面远距离量子科学实验平台,并在此平台上完成空间大尺度量子科学实验,以期取得量子力学基础物理研究重大突破和一系列具有国际显示度的科学成果,并使量子通信技术的应用突破距离的限制,向更深的层次发展,促进广域乃至全球范围量子通信的最终实现。

量子卫星项目为中国科学院空间科学先导专项项目之一,由中科院国家空间科学中心抓总负责,于2011年12月立项。2016年8月,墨子号卫星于酒泉卫星发射中心搭载长征二号丁运载火箭发射升空,标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

科学目标

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。

基本信息
  • 发射时间:
    2016年8月16日1时40分
  • 轨道类型:
    太阳同步轨道
  • 发射地点:
    酒泉卫星发射中心
  • 轨道参数:
    500km
  • 运载火箭:
    长征二号丁
  • 卫星质量:
    640 Kg
  • 卫星状态:
    在轨运行
  • 尺  寸:
    1.5m×1.5m×1.2m


无中继千公里量子保密通信实验示意图

有效载荷

量子卫星四大探测器构成


载荷名称 目标/用途
量子纠缠发射机QET 将卫星上产生的量子密钥通过激光分发到地面上。
量子密钥通信机QKC 对星地量子密钥分发进行验证,进行星地量子通讯。
量子纠缠源QEPS 产生纠缠光子对。
量子实验控制与处理机QCP 通过量子纠缠和隐形传态实验对量子理论的完备性进行验证。

量子密钥通信机光机主体和量子纠缠发射机光机主体分别各有一台卡塞格伦(Cassegrain) 式望远镜,其中量子密钥通信机的望远镜口径为300mm,具备小范围的调节能力,而对准地面主要靠卫星本身的姿态;量子纠缠发射机的望远镜口径为180mm,具备两轴大范围的调节能力,因此能够独立跟踪对准地面站。同时,光机主体也包含了信标光系统以及跟踪捕获系统(APT),利用这些资源能够与地面站建立稳定的光学链路,将光信号发送至地面望远镜。卫星还搭载了可以调制的850nm的弱相干光源用于作为量子密钥分发的信号光;此外还具备量子纠缠源,其为Sagnac结构式的纠缠源,通过自发参量下转换(SPDC)能够产生810nm波段的纠缠光子对,用于纠缠分发实验。而在进行量子密钥分发等实验中,需要进行时间同步,因此卫星也装载脉冲同步光,包括两个532nm脉冲激光器,它们同时也作为信标光,以及在纠缠分发实验中用到的850nm脉冲同步光。