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與“墨子”隔空對話的量子捕獲者

時間:2016年08月23日 信息來源:不詳 點擊:2589 字體:

——我國量子科學(xué)衛(wèi)星地面望遠鏡系統(tǒng)實現(xiàn)多項突破 達到國際先進水平

圖為科研人員模擬地面望遠鏡,向量子衛(wèi)星發(fā)射信標光。


8月16日凌晨1點40分,全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射。在我們仰望星空,暢想量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)等科學(xué)實驗帶來的無限未來時,不妨也俯瞰大地,認識一下與“墨子號”隔空“對話”的量子“捕獲者”——我國自主研制的量子科學(xué)衛(wèi)星地面望遠鏡系統(tǒng)。


17日,科技日報記者走進地面望遠鏡研制方中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所。


在量子通信實驗中,地面望遠鏡的任務(wù)包括:高精度指向衛(wèi)星軌道完成捕獲,即讓地面發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星;發(fā)射上行信標激光照射衛(wèi)星,即讓衛(wèi)星“看見”地面;及高精度跟蹤衛(wèi)星光軸、保持高精度星地光軸動態(tài)對準、準確接收下行信號光數(shù)據(jù)等。此次我國的量子科學(xué)實驗衛(wèi)星系統(tǒng),由1個衛(wèi)星通訊終端和5個地面望遠鏡終端組成,其中在河北興隆、青海德令哈、云南麗江、新疆南山的4個口徑1米以上的地面量子通信望遠鏡,均由中科院光電技術(shù)研究所負責(zé)研制。


“‘墨子號’以7.9公里每秒的速度,在距離地球500公里的太空中運行,星地之間傳輸?shù)牧孔佑质悄芰孔钚〉膯挝?,地面望遠鏡系統(tǒng)要實現(xiàn)對衛(wèi)星的探知、捕獲并實現(xiàn)量子傳輸,如同‘針尖對麥芒’?!敝锌圃汗怆娝h委書記、地面望遠鏡系統(tǒng)行政總指揮楊虎表示,我國自主研制的量子科學(xué)衛(wèi)星地面望遠鏡系統(tǒng),在國際上首次完成了寬光譜、高效率、高保偏、高精度的望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)和速度動態(tài)范圍大、抗擾能力強的望遠鏡伺服控制系統(tǒng),以及工作狀態(tài)可配置的望遠鏡操控系統(tǒng)。其中,跟蹤精度、指向精度和信號光高保偏等,均達到國際先進水平。


“目前,地面站對準衛(wèi)星的運行精度達到1角秒?!蓖h鏡技術(shù)總指揮黃永梅解釋說,如果將手表表盤刻度均分為360度,再將其中1度均分為3600份,其中一份就是1角秒。目前地面望遠鏡系統(tǒng)跟蹤精度達0.2角秒,相當(dāng)于在500公里以外,指一束激光到衛(wèi)星上,其光束的晃動范圍僅0.5米左右。


在量子通信實驗中,地面望遠鏡達到上述條件后,僅相當(dāng)于接通了星地之間的“電話線”,要開展量子通信等實驗即讓“通話內(nèi)容準確送達”,地面望遠鏡系統(tǒng)還面臨高同軸度、寬光譜、高保偏等要求。


望遠鏡系統(tǒng)光學(xué)總裝中心主任古斌說,量子通信實驗中,地面站與衛(wèi)星間要不斷發(fā)射或接收多束光路,同時用于量子密鑰分發(fā)、糾纏實驗或信標光等。為此,地面站必須保證每一束光路能夠絕對平行地“整齊”指向衛(wèi)星,即實現(xiàn)高同軸度。目前,這套自主研制望遠鏡系統(tǒng)同軸度已達到5個微弧度,即多路光束同時指向1000公里外的目標后,它們之間的距離偏差不超過5米。而“高保偏”是指量子光子由衛(wèi)星分發(fā)后,望遠鏡保證光子的偏正態(tài)不會被改變;“寬光譜”則是望遠鏡能夠識別量子光束、激光等不同光譜的多種光路。


目前,該系統(tǒng)還在國際上首次實現(xiàn)了同一臺望遠鏡同時完成量子通信、相干激光通信以及天文觀測等多種任務(wù)?!啊犹枴谲壠陂g,望遠鏡可同衛(wèi)星通信終端聯(lián)合開展星地量子通信實驗、高速率相干激光通信實驗。實驗任務(wù)結(jié)束后,它還可作為天文望遠鏡對空間目標進行巡天觀測?!秉S永梅說。




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