ꄲ下一篇： 无
ꄴ上一篇： 无

量子领域最具影响力的投研服务平台

滑动了解更多

欧洲“量子十年”向太空延展——

넳 넲
发布时间：2023-11-20
 
如今，欧洲乃至世界正处于“量子十年”：在这一时期，物质在最微小尺度上表现出的特殊性质正从单纯的科学好奇心转变为实用技术和产品的基础。那么，结果如何呢？
 
——迄今为止，欧洲在通信、导航、计算和环境传感方面都取得了重大飞跃。
 
太空中也是如此：欧空局目前正在向木星发送一个量子探测器，开发基于量子技术的通信，并计划将一个量子时钟飞往国际空间站，作为其量子技术交叉倡议的一部分。
 
 
MAGSCA传感器是欧空局Juice号航天器磁强计的一部分，于今年4月发射到太阳系中最大的行星上，它依靠量子干涉现象对磁场强度进行绝对测量，为一对较大的传统 “磁通门”磁强计提供校准。
 
2030年代初，Juice将两次飞越有明显凹槽的木卫二，距离最接近400公里。在这两次近距离接触中，Juice号将描述欧罗巴（Europa）表面的成分和化学特征，寻找支持生命的基本物质（“生物特征”）。Juice将利用前所未有的冰穿透雷达在月球浅层地表寻找水袋，并揭示地表下、地表和太空之间物质转移可能特别频繁的位置
 
Juice号木星任务的磁强计仪器J-MAG包括这种量子干扰传感器MAGSCA，这是首次在地球轨道之外使用这种精确而精密的技术。Juice上的J-MAG仪器由三个磁传感器、两个方向敏感磁通门传感器和一个称为MAGSCA的绝对传感器组成
 
MAGSCA传感器由奥地利科学院与格拉茨技术大学合作为欧空局制造，在太空试运行期间表现良好。同时，今年早些时候，基于 “量子纠缠”的硬件在欧空局的一次抛物线“零重力”飞行中进行了测试，证明了其对重力偏移的稳健性。
 
欧空局的量子活动现在由其新的量子技术横向倡议负责监督，该倡议协调整个机构开展的所有量子技术研发活动。
 
 
量子技术在欧空局局长约瑟夫·阿施巴赫尔（Josef Aschbacher）的《2025年议程》中被定义为战略重点，被认为是实现商业成功和技术领先的新途径，“我们正在实现这一愿景。”欧空局光电子系统工程师埃里克·维尔（Eric Wille）解释说。
 
“过去四分之一世纪以来，欧空局一直在以这样或那样的形式研究量子技术，稳步提高总体准备水平，并取得了一些重大成就，包括参与创造了当时的量子通信世界纪录。”
 
2012年，一个国际研究小组利用欧空局位于加那利群岛的光学地面站，在“量子隐形传态”领域创造了新的距离世界纪录：在143公里的空旷地带重现了光粒子的特性
 
“这种日积月累的努力帮助我们扩大了活动范围，并与量子研究界建立了联系，最近一次是通过欧空局在9月份举行的最新量子技术会议。总而言之：欧空局在这一领域的业务是真正开放的。”
 
在欧空局抛物线飞行中体验失重的量子硬件。科学家的目标是研究引力对量子系统的微妙影响，同时探索相对论与量子物理学之间的联系，这可以帮助我们理解造成宇宙大尺度结构的波动
 
 
从太空分发量子密钥
 
量子技术在通信领域的首批应用包括确保通信信道安全——即量子密钥分发。当今的加密技术基于发送方和接收方共享“加密密钥”：使用数学算法创建；这些密钥通常通过通信信道共享，使密钥接收者能够解密加密信息。
 
但是，如果这些密钥被截获，它们的加密就会被破解，安全数据就会在收件人不知情的情况下被访问。
 
量子密钥分发利用光的量子物理特性，提高了交换加密密钥的安全性。这些特性会在有人“监听”的瞬间发生变化，提醒用户注意这种入侵。然后，他们就可以直接丢弃这些密钥，转而使用未经篡改的替代密钥。因此，这就确保了只有目标用户才知道的密钥的数据安全。
 
在这方面，“空间”可以发挥重要作用：在卫星上使用激光链路可以在自由空间中架起桥梁，与光导纤维相比，光导纤维的光信号衰减更快，而激光链路的覆盖范围更大。
 
欧空局正与欧盟委员会合作开发政府应用的量子密钥分发，并支持与卫星制造商SES的Eagle-1任务等行业合作伙伴关系，以开发以前通过欧空局ScyLight计划培育的技术。
 
Eagle-1卫星将是欧空局、欧盟委员会和欧洲航天公司合作开发的首个天基量子密钥分发系统。这颗卫星将为建立超安全网络铺平道路，该网络使用量子密钥分发技术（该技术利用牢不可破的物理定律分发加密密钥，任何试图窃听的行为都会被立即发现）来保护信息安全，从而大大提高欧洲在网络安全和通信方面的自主权
 
从欧空局光学地面站（OGS）发出的可见绿色激光。该光学地面站是泰德天文台的一部分，位于特内里费火山岛海拔2400米处，用于开发空间光学通信系统，以及进行空间碎片和近地轨道测量和量子通信实验。由于这张照片是用鱼眼镜头拍摄的，所以激光看起来是弯曲的
 
四分之一世纪以来，欧空局的光学地面站一直在特内里费岛泰德峰火山的山坡上支持光学和量子通信实验。通过测试穿越群岛大气层的量子链路或连接到轨道卫星，已经提供了大量信息。
 
汲取的经验教训将指导欧洲量子通信基础设施的开发和部署，该基础设施也是欧盟安全连接计划的一部分。
 
 
 
量子态（如“冷原子”），利用激光系统地减慢其运动速度，往往被证明对周围环境非常敏感；因此可用于重力或加速度绘图，以及跟踪包括海洋和冰流在内的地球特征。
 
这种精确测量也将在气候建模方面向前迈进一步，加深对陆地水循环、冰原和冰川的质量平衡以及海平面变化等现象的科学理解。
 
类似的激光慢化冷原子系统可以作为定位、导航和计时的高精度时钟的基础，比当今卫星导航系统使用的原子钟有数量级的改进。
 
用激光操纵原子，制成原子干涉仪
 
它们对于基础物理实验也非常重要。
 
欧空局的空间原子钟组合有效载荷将于2025年被送上国际空间站，届时它将成为有史以来在轨道上飞行的最精确的时钟。
 
量子计算机在不久的将来不可能飞入太空，但通过利用叠加，它们有望大大提高特定搜索或优化问题的计算能力。
 
这种技术可应用于与太空有关的“难题”：如优化高度复杂的超大型星座运行、高保真模拟火箭与大气层的相互作用，或处理地球观测数据以更有效地利用大量信息。
 
其他领域，如量子存储器、量子成像、随机数生成和后量子密码学，也是欧空局量子技术横向计划在未来几年规划的40多个项目的一部分。
 
高质量和高精度的工程设计是成功的基本要素；需要复杂的光学有效载荷来操纵原子或光子尺度的系统。因此，欧空局现有的光学和光电子学实验室也正在荷兰ESTEC技术中心的一栋新楼中重新安置和扩建，以扩大欧空局可向研究人员和工业界提供的支持范围。
 
ESTEC新的赫兹2.0无线电频率测试大楼于2023年4月竣工
 
参考链接：
[1]https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2023/04/Juice_flies_by_Europa
[2]https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Europe_s_quantum_decade_extends_into_space
[3]https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/ESA_observatory_breaks_world_quantum_teleportation_record

[4]https://www.europarl.europa.eu/thinktank/en/document/EPRS_BRI(2022)729442%20

 

 

 

最新资讯