우주규모에서의 양자실험

Quantum Experiments at Space Scale
우주규모에서의 양자실험
이름양자 우주 위성
미시오스 / 모지
미션형기술시범기
연산자중국과학원
COSPAR2016-051A을[1]
새캣41731Edit this on Wikidata
임무 기간2년(계획)
우주선 속성
제조사중국과학원
볼 질량631kg(1,391lb)
미션의 시작
출시일자UTC 17:40, 2016년[2] 8월 16일
로켓롱 3월 2D
발사장주취안 시 LA-4
계약자상하이 우주 비행 기술 아카데미
궤도 매개변수
정권태양-동기화
페리기 고도488km(303mi)[2]
아포기 고도584km(363mi)[2]
기울기97[2].4도
트랜스폰더
밴드자외선[3]
계기
사그낙 간섭계

우주 규모에서의 양자 실험(QUESS; 중국어: 子子科学实验星;;; 핀인: LiAngzǐ Kuxué shi wn Wèīn; light; light.'퀀텀 과학 실험 위성')은 양자물리학 분야의 중국 연구 프로젝트다.

톈궁 2호는 2016년 9월 15일 발사된 중국의 두 번째 우주실험실 모듈이다.톈궁2호는 우주-지구 양자키 분배(중국어: 天子子密发发)와 우주-지상 양자 통신을 용이하게 하기 위한 레이저 통신 실험 등 총 14개의 미션[4] 및 실험 패키지를 탑재하고 있다.[5]

고대 중국 철학자·과학자의 이름을 따서 미키우스모지(중국어: 墨子)라는 별명을 가진 위성은 중국의 지상국은 물론 중국과학원이 운영하고 있다.빈 대학교오스트리아 과학 아카데미는 위성의 유럽 수신국을 운영하고 있다.[6][7]

QUESS는 장거리에서 양자 광학 실험을 용이하게 하여 양자 암호화양자 텔레포트 기술을 개발할 수 있도록 고안된 개념 증명 임무다.[8][9][10][11][7]양자 암호화는 제3자가 전송 중 메시지를 가로챘는지 여부를 절대적으로 감지할 수 있는 통신을 용이하게 하기 위해 관여의 원리를 사용함으로써 감지되지 않은 암호 해독을 부정한다.QUESS는 얽힌 광자 쌍을 생산함으로써 수천 킬로미터로 분리된 지상국이 안전한 양자 채널을 구축할 수 있도록 할 것이다.[3]QUESS 자체는 제한된 통신 능력을 가지고 있다: 그것은 시야가 필요하고 햇빛에 노출되지 않을 때만 작동할 수 있다.[12]

2030년까지 글로벌 네트워크를 포함한 더 많은 미키우스 위성이 계획되었다.[12][13]

그 미션 비용은 총 1억 달러 정도였다.[2]

미션

Quantum Experiments at Space Scale is located in Asia
Xinglong
싱룽 시
Ürümqi
우루무치
Ali
알리
Vienna
비엔나

초기 실험에서는 우르름치 인근 신장천문대베이징 인근 싱룽 천문대 사이의 양자키 분포(QKD)를 실증했는데, 이는 약 2,500km(1,600mi)의 원거리였다.[3]또한, QUESS는 현재까지 어떤 실험보다 더 먼 1,200 km(750 mi)의 거리에서 벨의 불평등을 시험했고, 알리, 티베트 자치구시칸허 천문대와 위성 사이에 광자 상태를 텔레포트했다.[3]이것은 기지국이 이 우주선과 가시성을 유지할 수 있도록 매우 정확한 궤도 조작과 위성 추적을 필요로 한다.[3][14]

중국 내 실험이 일단락되자 QUESS는 중국과 오스트리아양자광학 양자정보연구소 사이에 지상거리 7,500km(4,700mi)의 국제 QKD 채널을 만들어 2016년 첫 대륙 간 보안 양자 화상통화가 가능해졌다.[3][6]

발사하다

당초 2016년 7월 발사 예정이었으나 불과 며칠 전에 발사 통보가 발송되는 등 8월로 재조정됐다.[15]이 우주선은 2016년 8월 17일 17시 40분(현지 시간 01시 40분)에 발사주취안 발사대 603에서 롱 3월 2D 로켓에 의해 발사됐다.[2]

멀티 페이로드 미션

이번 발사는 QUESS, LiXing-1 연구위성, ³Cat-2 스페인 과학위성과 공유한 다중 탑재 임무였다.

  • LiXing-1:LiXing-1은 궤도를 100–150 km로 낮춰 대기권 상층밀도를 측정하도록 설계된 중국 위성이다.그것의 질량은 110kg이다.2016년 8월 19일 위성이 대기권에 재진입해 임무는 종결된다.
  • ³Cat-2: 3Cat-2("큐브-cat-2"로 표현됨)는 카탈로니아 폴리테크닉 대학의 나노Sat 연구소에서 카탈로니아에서 개발된 두 번째 인공위성이자 3Cat 시리즈의 두 번째 인공위성이다.지구 관측을 위해 소설 GNSS 반사계(GNSS-R) 페이로드를 날리는 6유닛 큐브Sat이다.그것의 질량은 7.1 kg이다.

보안 키 분배

QUESS에 탑재된 주요 계측기는 "Sagnac effect" 간섭계다.[3]이것은 한 쌍의 얽힌 광자를 발생시켜 각각 한 쌍이 지상으로 전송되도록 하는 장치다.이를 통해 QUESS는 메시지 암호화 및 암호 해독에 사용할 수 있는 보안 암호키의 전송인 Quantum배포(QKD)를 2개의 지상국에 수행할 수 있게 된다.QKD는 이론적으로 정말 안전한 통신을 제공한다.QKD에서는 소통을 원하는 두 당사자가 무작위 양극화와 함께 전송된 얽힌 광자 쌍을 이용해 전송되는 임의의 비밀키를 공유하며, 각 당사자는 쌍의 절반을 받는다.이어 이 비밀키를 일회용 패드로 사용할 수 있어 정상적인 채널을 통해 양 당사자가 안전하게 통신할 수 있다.열쇠를 엿듣으려는 어떠한 시도도 감지할 수 있는 방법으로 얽힌 상태를 교란시킬 것이다.[13]QKD는 두 관측소 사이의 직시 선과 광케이블을 사용하여 광자를 전송하는 것으로 지구에서 시도되었다.그러나 광섬유와 대기는 둘 다 산란을 일으켜 뒤엉킨 상태를 파괴하고, 이는 QKD를 수행할 수 있는 거리를 제한한다.궤도를 선회하는 위성에서 키를 보내면 산란이 줄어들어 QKD가 훨씬 더 먼 거리에서 수행될 수 있다.[3]

게다가, QUESS는 양자역학의 기본적인 기초들 중 일부를 시험한다.벨의 정리는 어떤 국소 숨은 변수 이론도 양자물리학의 예측을 결코 재현할 수 없다고 말하고 있으며, 큐에스(QUESS)[3]는 1,200km(750mi) 이상의 국소성 원리를 시험할 수 있게 된다.

분석

KUESS의 수석 과학자 판젠웨이로이터 통신과의 인터뷰에서 이 프로젝트가 국방 분야에 "엄청난 전망"을 가지고 있다고 말했다.[16]이 위성은 베이징과 중국 서부의 외딴 지역인 신장의 수도인 위르름키 사이에 안전한 통신을 제공할 것이다.[16]미 국방부는 중국이 적의 우주기술 이용에 대항하는 능력을 달성하는 것을 목표로 하고 있다고 보고 있다.[16]시진핑(習近平) 중국 공산당 총서기가 위성항법미사일 실험을 포함한 중국의 우주 프로그램을 우선시해왔고 뉴욕타임스는 양자기술이 그해 초 중국 정부가 내놓은 13차 5개년 계획의 초점이라고 지적했다.[17]월스트리트저널(WSJ)은 이번 발사로 중국이 경쟁국보다 앞서며 '핵 방지 통신'에 가까워졌다고 평가했다.[18]몇몇 매체들은 에드워드 스노든미국 감시 문서 유출이 QUESS 개발의 자극제라고 밝혔으며, 퍼플 사이언스는 이를 "눈이 내린 이후의 시대를 위한 위성"[14][19][20]이라고 불렀다.

유사 프로젝트

비록 인공위성을 통한 단일 광자의 전송은 궤도를 선회하는 위성으로부터 지상 관측소에서 생성된 광자를 반사함으로써 입증되었지만,[7] QUESS는 우주에서 뒤엉킨 광자를 생성할 수 있는 최초의 우주선이다.[21]완전히 얽힌 광자를 생성하지 않으면서 싱가포르 국립대학과 스트라스클라이드 대학큐브를 이용해 우주에서 상관관계가 있는 광자 쌍을 만들어냈다.[21]독일의 한 컨소시엄이 정지궤도 알프라사트 레이저 통신단말기의 광신호에 대한 양자측정을 실시했다.[22]미국 국방고등연구계획국(DARPA)은 2012년 글로벌 양자인터넷의 종단 간 개발을 촉진하기 위해 퀘니스 거시 양자통신 프로젝트를 시작했다.

참고 항목

참조

  1. ^ "QSS (Mozi)". space.skyrocket.de. Gunter's Space Page. Retrieved 17 August 2016.
  2. ^ a b c d e f "QUESS launched from the cosmodrome on Gobi desert". Spaceflights.news. 17 August 2016. Archived from the original on 17 June 2017. Retrieved 17 August 2016.
  3. ^ a b c d e f g h i Lin Xing (16 August 2016). "China launches world's first quantum science satellite". Physics World. Institute of Physics. Retrieved 22 November 2020.
  4. ^ "Tiangong2". chinaspacereport.com. China Space Report. 28 April 2017. Retrieved 12 Nov 2017.
  5. ^ huaxia (16 September 2016). "Tiangong-2 takes China one step closer to space station". chinaspacereport. Retrieved 12 November 2017.
  6. ^ a b "First Quantum Satellite Successfully Launched". Austrian Academy of Sciences. 16 August 2016. Retrieved 17 August 2016.
  7. ^ a b c Wall, Mike (16 August 2016). "China Launches Pioneering 'Hack-Proof' Quantum-Communications Satellite". Space.com. Purch. Retrieved 17 August 2016.
  8. ^ Ren, Ji-Gang; Xu, Ping; Yong, Hai-Lin; Zhang, Liang; Liao, Sheng-Kai; Yin, Juan; Liu, Wei-Yue; Cai, Wen-Qi; Yang, Meng; Li, Li; Yang, Kui-Xing (2017-08-09). "Ground-to-satellite quantum teleportation". Nature. 549 (7670): 70–73. arXiv:1707.00934. Bibcode:2017Natur.549...70R. doi:10.1038/nature23675. ISSN 1476-4687. PMID 28825708. S2CID 4468803.
  9. ^ Juan Yin, Yuan Cao, Yu-Huai Li, Sheng-Kai Liao, Liang Zhang, Ji-Gang Ren, Wen-Qi Cai, Wei-Yue Liu, Bo Li, Hui Dai, Guang-Bing Li, Qi-Ming Lu, Yun-Hong Gong, Yu Xu, Shuang-Lin Li, Feng-Zhi Li, Ya-Yun Yin, Zi-Qing Jiang, Ming Li, Jian-Jun Jia, Ge Ren, Dong He, Yi-Lin Zhou, Xiao-Xiang Zhang, Na Wang, Xiang Chang, Zhen-Cai Zhu, Nai-Le Liu, Yu-Ao Chen, Chao-Yang Lu, Rong Shu, Cheng-Zhi Peng, Jian-Yu Wang, Jian-Wei Pan (2017). "Satellite-based entanglement distribution over 1200 kilometers". Quantum Optics. 356: 1140–1144. arXiv:1707.01339.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  10. ^ Billings, Lee. "China Shatters "Spooky Action at a Distance" Record, Preps for Quantum Internet". Scientific American.
  11. ^ Popkin, Gabriel (15 June 2017). "China's quantum satellite achieves 'spooky action' at record distance". Science - AAAS.
  12. ^ a b huaxia (16 August 2016). "China Focus: China's space satellites make quantum leap". Xinhua. Retrieved 17 August 2016.
  13. ^ a b Jeffrey Lin; P.W. Singer; John Costello (3 March 2016). "China's Quantum Satellite Could Change Cryptography Forever". Popular Science. Retrieved 17 August 2016.
  14. ^ a b "China's launch of quantum satellite major step in space race". Associated Press. 16 August 2016. Retrieved 17 August 2016.
  15. ^ Tomasz Nowakowski (16 August 2016). "China launches world's first quantum communications satellite into space". Spaceflight Insider. Retrieved 17 August 2016.
  16. ^ a b c "China launches 'hack-proof' communications satellite". Reuters. 2016-08-16. Retrieved 2016-08-18.
  17. ^ Edward Wong (16 August 2016). "China Launches Quantum Satellite in Bid to Pioneer Secure Communications". New York Times. Retrieved 19 August 2016.
  18. ^ Josh Chin (16 August 2016). "China's Latest Leap Forward Isn't Just Great—It's Quantum". Wall Street Journal. Retrieved 19 August 2016.
  19. ^ Jeffrey Lin; P.W. Singer (17 August 2016). "China Launches Quantum Satellite In Search Of Unhackable Communications". Retrieved 19 August 2016.
  20. ^ Lucy Hornby, Clive Cookson (16 August 2016). "China launches quantum satellite in battle against hackers". Retrieved 19 August 2016.
  21. ^ a b Elizabeth Gibney (27 July 2016). "Chinese satellite is one giant step for the quantum internet". Nature. 535 (7613): 478–479. Bibcode:2016Natur.535..478G. doi:10.1038/535478a. PMID 27466107.
  22. ^ Günthner, Kevin; Khan, Imran; Elser, Dominique; Stiller, Birgit; Bayraktar, Ömer; Müller, Christian R; Saucke, Karen; Tröndle, Daniel; Heine, Frank; Seel, Stefan; Greulich, Peter; Zech, Herwig; Gütlich, Björn; Philipp-May, Sabine; Marquardt, Christoph; Leuchs, Gerd (2017). "Quantum-limited measurements of optical signals from a geostationary satellite". Optica. 4 (6): 611–616. arXiv:1608.03511. Bibcode:2017Optic...4..611G. doi:10.1364/OPTICA.4.000611. S2CID 15100033.

외부 링크