世界首颗量子卫星被正式命名为“墨子号”

2016-08-15 来源: 综合 作者:

量子卫星(资料图)

  世界首颗量子科学实验卫星将于8月中下旬择机在酒泉卫星发射中心发射升空。目前,这颗卫星发射前准备工作已经基本完成。15日,记者从中科院获悉,我国即将发射的全球首颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”。

  为何被命名为“墨子号”?

  “关于这颗卫星的命名,我们考虑了好久。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说,最终命名为墨子,缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照。

  据了解,钱临照作为老一辈光学、科技史研究者,早年对墨家经典著作《墨经》有过深入研究,发现其中有不少与现代科学知识相通的记载,比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。

  “墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一,而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说,墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播,并设计了小孔成像实验,奠定了光通信、量子通信的基础。

  “就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样,以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星,将提升我国的文化自信。”他说。

  量子通信是什么?

  量子世界中存在一种类似“心电感应”的现象,即量子纠缠。就好比有些双胞胎,虽然哥哥在北京,弟弟在上海,当哥哥特别高兴时,弟弟也会特别高兴;而哥哥特别痛苦的时候,弟弟也会特别痛苦。

  量子纠缠是指在微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管它们相距多远,只要一个粒子状态发生变化,另一个粒子状态也会发生相应变化,即两个或两个以上的稳定粒子间会有强的量子关联,但为什么会这样?科学家们直到今天还没搞清楚。

  实验已证明,具有纠缠态的两个光量子无论相距多远,只要一个发生变化,另外一个也会瞬间发生变化。量子保密通信就是利用这个特性实现的,即基于量子纠缠态的理论,通过量子密钥传输和量子隐形传态的方式实现信息传递。

  其过程如下:事先构建一对具有纠缠态的光量子,将这对光量子分别放在通信双方,把具有未知量子态的光量子与发送方的光量子进行联合测量,则接收方的光量子瞬间变化为某种状态,这个状态与发送方的光量子变化后的状态是对称的,然后把联合测量的信息通过经典信道传送给接收方,接收方根据接收到的信息对变化的光量子进行幺正变换(相当于逆转变换),就可得到与发送方完全相同的未知量子态。

  量子通信的关键要素是量子密钥,用具有量子态的物质作为密码。在传递信息的过程中,量子密钥一旦被截获,其自身状态会立刻发生改变,截获量子密钥的人只能得到无效信息,而信息的合法接收者也能立刻察觉,直到一把新的密钥安全无误地被接收。

  量子卫星有啥任务?

  在实现天地光学设备对准之后,卫星将执行三个任务,其中主要任务就是量子保密通信即是卫星和地面之间的安全通讯。

  据了解,传统的通信加密和传输安全都是依赖于复杂的算法,但是只要对方的计算能力足够强大,再复杂的保密算法都能够被破解,所以都不能够做到绝对安全。量子通信能做到绝对安全,是由量子自身的特性所决定的。作为光的最小颗粒,单个的光量子在传输信息的时候具有测量不准、不可克隆等性质,这些特性构成了量子通信安全的基石。“量子保密通讯的这种手段,原理上都是无条件安全的,哪怕计算能力再强,也是破解不了的,所以从这个角度上讲,它就是一种革命性的技术。”

  墨子简介:

  墨子,公元前480年~公元前390年,名翟,鲁小邾国人(今山东省滕州市人)。战国时期著名的思想家、教育家、军事家、社会活动家,也是先秦诸子中唯一的自然科学家,墨家学派的创始人,并有《墨子》一书传世。其主要思想史兼爱、非攻、尚贤、尚同、节用、节葬、非乐、天志、明鬼、非命十项。

  墨子与几何光学

  《墨经》中记载的许多几何光学知识是很有价值的,几个“光线直进定律”的例证很有说服力。

  (1)“景二。说在重”。(《经下》) 这是说,一个光体发出的光线被不透光物体遮住形成“本形”和“副影”两个影子(景,同“影”),原因在于影子重复。

  这里,说明由光成影之理。由于发光体包含许多发光点,光线又沿直线传播,自然生成多层物影。这些物影的相重和相差就形成了浓黑的“本影”和模糊的“副影”,这就是所谓“影二”。

  (2)“景到在午有端,舆景长。说在端”。(《经下》)这是说,物影之所以倒立(到,同“倒”),在于发光体发出的光线的交点(午,交叉),恰巧就是隔屏上的小孔(端,点,此指“小孔”)。光体和照壁距离交点的长短,关系到(舆,通“预”,此指“关系”)倒影的大小。成倒象的关键是隔屏上的孔极小。

  这里,说明小孔成象之理(虽然《墨经》讲的不是成象而是成影,但道理是完全相同的)。由于屏孔极小,光线沿直线传播,所以物体必成倒立之象。

  (3)“景不徒。说在改为。”(《经下》)这是说,飞鸟的影子在某一瞬间是不动的。为什么飞鸟的形看上去又在活动呢?其原因在于:鸟在飞行过程中,前后瞬间的影子接连更新着,并且依次变动其位置,造成了我们视力上的错觉。

  这里,解释鸟影动与不动的辩证关系。就某一瞬间而言,鸟影是不动的,因为光线沿直线行进,照到鸟的身上,被鸟体遮住,生成鸟影。就某一过程而言,鸟影又是动的,因为鸟在飞行过程中,前一瞬间光线被鸟体遮住出现影子的地方,后一瞬间就有光线照射;前一瞬间在这里生成的影子消失,并且在稍前一点的地方生成新影。如此连续不断,前后两瞬间足够短,前后两影的投落处足够近,当人们的视力不能分辩这些单个的、不动的影子的时候,就觉得鸟影也在运动了。

  用物影生成、小孔成象和瞬间鸟影不动三个例子来说明光的直进定律——光线(在同一种均匀媒质中)是直线传播的——是十分有力的。

  过去,人们总是说“光线直线传播”的记载应该归功于欧几里得。但欧氏关于光线直进的记载,只是一种主观的叙述,并不是由观测实验得来。《墨经》中的记载则不然,它是从观察外界事物并对这些事物进行客观分析得来的。因此,这些记载是合乎辩证唯物规律的。如前所述,欧氏大约比墨翟迟一百年,因此,可以这样说,最早研究几何光学的是中国人。(综合 央视新闻 新华网 重庆商报)

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责任编辑:马震

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