原標(biāo)題：天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室9月中旬發(fā)射將進(jìn)行全球首次空地量子密鑰傳輸試驗(yàn)

周遠(yuǎn)方

7月10日，來(lái)自中國(guó)載人航天工程辦公室的消息稱，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室已于昨日安全運(yùn)抵酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場(chǎng)，即將開展發(fā)射場(chǎng)總裝和測(cè)試工作。

據(jù)國(guó)際在線消息援引中國(guó)載人航天工程辦公室消息，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室按流程完成了出廠前所有研制工作，2016年7月7日從北京啟程，經(jīng)鐵路運(yùn)輸，于9日安全運(yùn)抵酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場(chǎng)。天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室裝載全球首臺(tái)空間冷原子鐘、全球首次空地量子密鑰分配試驗(yàn)等14項(xiàng)空間應(yīng)用載荷。

“天宮二號(hào)”空間站示意圖

全球首臺(tái)空間冷原子鐘

據(jù)新華網(wǎng)3月報(bào)道，中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平此前介紹，天宮二號(hào)將搭載全球第一臺(tái)冷原子鐘升空，利用太空微重力條件，穩(wěn)定度將高達(dá)10的負(fù)16次方。

超高精度的原子鐘，是衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)。

衛(wèi)星導(dǎo)航的基本原理是，精確測(cè)量微波信號(hào)從衛(wèi)星到達(dá)目標(biāo)所用的時(shí)間，可得衛(wèi)星和目標(biāo)之間的準(zhǔn)確距離。因此，測(cè)量時(shí)間的精度，直接影響定位準(zhǔn)確度。

常溫下，原子都有大約每秒幾百米的熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致原子和電磁波作用時(shí)間短，影響原子鐘的精度。目前GPS和北斗上使用的原子鐘，精度僅到納秒（10的負(fù)9次方秒）級(jí)，故民用GPS的導(dǎo)航精度在十幾米左右。

美籍華人朱棣文，1997年以激光冷卻原子技術(shù)獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1998年6月5日，當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院外籍院士；2008年12月，擔(dān)任美國(guó)能源部長(zhǎng)。

上世紀(jì)九十年代，美籍華人朱棣文發(fā)明了激光冷卻原子的技術(shù)，可以用幾束激光把原子團(tuán)冷卻到絕對(duì)零度附近，也就是讓原子幾乎一動(dòng)不動(dòng)。當(dāng)把這種冷卻后的原子放 進(jìn)微波場(chǎng)的時(shí)候，原子與微波的作用時(shí)間大大加長(zhǎng)，使得原子鐘的精度顯著提高。這就是達(dá)到皮秒（10的負(fù)12次方秒）量級(jí)的“冷原子鐘”。

但是，原子團(tuán)在進(jìn)入微波場(chǎng)后，由于重力作用，速度很快會(huì)變大，從而對(duì)冷原子鐘的精確度產(chǎn)生影響。因此，在太空無(wú)重力或微重力環(huán)境下的“空間冷原子鐘”，理論上應(yīng)當(dāng)更為精確，這也是天宮二號(hào)搭載“空間冷原子鐘”的意義所在。

“空間冷原子鐘”試驗(yàn)若成功，或?qū)⑹埂氨倍穼?dǎo)航”的精度達(dá)到厘米級(jí)。

空地量子密鑰分發(fā)試驗(yàn)

據(jù)《錢江晚報(bào)》今年6月報(bào)道，今年7月，我國(guó)將發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，并在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。

今年9月，量子通信的核心環(huán)節(jié)：密鑰（加密、解密的鑰匙）傳輸實(shí)驗(yàn)，將搭乘天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，上天展開實(shí)驗(yàn)。這意味著，世界上首封絕對(duì)不會(huì)被截、被破、被復(fù)制的密信，將要誕生。

5月25日，在中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心內(nèi)的量子模擬實(shí)驗(yàn)室，工作人員正在調(diào)試超冷原子光晶格平臺(tái)的激光伺服系統(tǒng)。