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| 名前 | 量子宇宙衛星 ミキウス /モジ |
|---|---|
| ミッションタイプ | テクノロジーデモンストレーター |
| オペレーター | 中国科学院 |
| コスパーID | 2016-051A [1] |
| SATCAT番号 | 41731 |
| ミッション期間 | 2年（予定） 8年4ヶ月3日（進行中） |
| 宇宙船の特性 | |
| メーカー | 中国科学院 |
| BOL質量 | 631 kg (1,391 ポンド) |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 2016年8月15日 17:40 UTC [2] |
| ロケット | 長征2D |
| 発射場 | 酒泉 LA-4 |
| 請負業者 | 上海宇宙飛行技術アカデミー |
| 軌道パラメータ | |
| 政権 | 太陽同期 |
| 近地点高度 | 488 km (303 マイル) [2] |
| 遠地点高度 | 584 km (363 マイル) [2] |
| 傾斜 | 97.4度[2] |
| トランスポンダー | |
| バンド | 紫外線[3] |
| 楽器 | |
| サニャック 干渉計 | |
宇宙スケールの量子実験( QUESS、中国語:量子科学实验卫星、ピンイン: LiàngzƐ kēxué shíyàn wèixīng、直訳:「量子科学実験衛星」)は、量子物理学の分野における中国の研究プロジェクトです。 QUESS は 2016 年 8 月 15 日に発売されました。
このプロジェクトは、中国科学院が運用する古代中国の哲学者にちなんで名付けられた衛星「墨子」（中国語：墨子）と、中国の地上局から構成されている。ウィーン大学とオーストリア科学アカデミーが、衛星のヨーロッパ受信局を運営している。[4] [5]この衛星は、天宮2号宇宙実験モジュールで行われたレーザー通信実験によって促進された 宇宙地球量子鍵配送（中国語：量子密钥分发）実験を実施した。[6] [7]
設計と開発
QUESSは、量子暗号化と量子テレポーテーション技術の開発を可能にするために、長距離での量子光学実験を容易にするために設計された概念実証ミッションです。 [8] [9] [10] [11] [5]量子暗号化は、エンタングルメントの原理を使用して、第三者が送信中にメッセージを傍受したかどうかを絶対に検出し、検出されていない復号化を拒否できる通信を容易にします。 QUESSは、エンタングルメントされた光子のペアを生成することにより、数千キロメートル離れた地上局が安全な量子チャネルを確立できるようにします。[3] QUESS自体の通信機能は限られており、見通し線が必要であり、日光が当たっていない場合にのみ動作します。[12]
2030年までに世界規模のネットワークを構築するなど、さらなるミキウス衛星の計画も立てられた。[12] [13]
ミッションの費用は総額約1億ドルでした。[2]
ミッション
最初の実験では、ウルムチ市近郊の新疆天文台と北京市近郊の興隆天文台の間で、大圏距離約2,500キロメートル（1,600マイル）の量子鍵配送（QKD）が実証された。 [3]さらに、QUESSは、これまでのどの実験よりも長い1,200キロメートル（750マイル）の距離でベルの不等式をテストし、チベット自治区アリにある石泉河天文台と衛星の間で光子状態をテレポートした。[3]これには、基地局が宇宙船との視線を維持できるように、非常に正確な軌道操作と衛星追跡が必要である。 [3] [14] 2021年には、衛星によって配布されたエンタングルメントに基づいて、地上で1,200キロメートル（750マイル）を超える完全な量子状態テレポーテーションが実証された。[15]
中国国内での実験が終了すると、QUESSは中国とオーストリア・ウィーンの量子光学・量子情報研究所との間に国際QKDチャネルを構築した。地上距離は7,500km（4,700マイル）で、2016年に初の大陸間セキュア量子ビデオ通話が可能になった。[3] [4]
打ち上げ
打ち上げは当初2016年7月に予定されていたが、8月に再スケジュールされ、打ち上げの通知はわずか数日前に送信された。[16]宇宙船は、 2016年8月17日17:40 UTC（現地時間01:40）に酒泉発射台603、発射エリア4から長征2Dロケットによって打ち上げられた。[2]
マルチペイロードミッション
この打ち上げは、QUESS、LiXing-1研究衛星、および³Cat-2スペイン科学衛星と共有されるマルチペイロードミッションでした。
- 力星1号: 力星1号は、軌道を100～150kmまで下げて上層大気の密度を測定するように設計された中国の衛星です。質量は110kgです。2016年8月19日に衛星は大気圏に再突入したため、ミッションは終了しました。
- ³Cat-2: 3Cat-2 (「キューブ キャット ツー」と綴られる) は、3Cat シリーズの 2 番目の衛星であり、カタルーニャ工科大学のNanoSat ラボでカタルーニャで開発された 2 番目の衛星です。これは、地球観測用の新しいGNSS反射計 (GNSS-R) ペイロードを搭載した6 ユニットのCubeSatです。質量は 7.1 kg です。
安全な鍵配布
QUESSに搭載されている主な機器は「サニャック効果」干渉計です。[3]これは、エンタングルメントされた光子のペアを生成し、それぞれを地上に送信するデバイスです。これにより、QUESSは量子鍵配布（QKD）（メッセージの暗号化と復号化に使用できる安全な暗号鍵の送信）を2つの地上局に実行できます。QKDは理論上、真に安全な通信を提供します。QKDでは、通信を希望する2者がランダムな偏光で送信されたエンタングルメントされた光子のペアを使用して送信されるランダムな秘密鍵を共有し、各当事者はペアの半分を受け取ります。この秘密鍵はワンタイムパッドとして使用でき、2者が通常のチャネルを介して安全に通信できるようにします。キーを盗聴しようとすると、エンタングルメント状態が検出可能な方法で乱されます。[13] QKDは地球上で、2つの観測所間の直接の見通し線と、光子を伝送するための光ファイバーケーブルの両方を使用して試みられました。しかし、光ファイバーと大気はどちらも散乱を引き起こし、エンタングルメント状態を破壊し、QKDを実行できる距離を制限します。軌道上の衛星から鍵を送信すると散乱が少なくなり、QKDをより長い距離で実行できるようになります。[3]
さらに、QUESSは量子力学の基本的な基礎のいくつかをテストすることができました。ベルの定理によれば、局所的な隠れた変数理論では量子物理学の予測を再現することはできないとされており、QUESSは1,200 km（750マイル）を超える範囲で局所性の原理をテストすることができました。[9] [3]
量子鍵配送実験は、将来の超高セキュリティ通信ネットワークの基礎を築く貢献により、2018年にアメリカ科学振興協会（AAAS）のニューカム・クリーブランド賞を受賞した。 [17]
分析
QUESS主任科学者のパン・ジアンウェイ氏はロイター通信に対し、このプロジェクトは防衛分野で「大きな可能性」があると語った。[ 18]この衛星は北京と中国西部の辺境地域である新疆ウイグル自治区の首都ウルムチ市との間の安全な通信を提供する。 [18]米国防総省は、中国が敵の宇宙技術の使用に対抗する能力の獲得を目指していると考えている。[18] 中国共産党 総書記の 習近平氏は、対衛星ミサイル実験を含む中国の宇宙計画を優先事項としており、ニューヨークタイムズ紙は、量子技術は中国政府がその年の初めに策定した第13次5カ年計画の焦点であると指摘した。 [19]ウォールストリートジャーナル紙は、この打ち上げにより中国はライバルに先んじ、「ハッキング不可能な通信」に近づいたと述べた。[20]いくつかのメディアは、エドワード・スノーデンによる米国の監視文書の漏洩がQUESS開発のきっかけであると特定し、ポピュラーサイエンス誌はこれを「スノーデン後の時代の衛星」と呼んだ。[14] [21] [22]
類似プロジェクト
QUESSは宇宙でもつれ光子を生成できる最初の宇宙船である[5]が、衛星を介した単一光子の伝送は、地上ステーションで生成された光子を軌道上の衛星で反射させることによって以前に実証されている。[23]完全にもつれた光子は生成されていないが、シンガポール国立大学とストラスクライド大学はキューブサットを使用して宇宙で相関光子対を生成した。[23]ドイツのコンソーシアムは、静止軌道のアルファサットレーザー通信端末からの光信号の量子測定を行った。[24]米国防高等研究計画局（DARPA）は、エンドツーエンドのグローバル量子インターネットの開発を促進するために、2012年にQuinessマクロ量子通信プロジェクトを開始した。
ESAは2024年に、中国のQUESSと同様の目標を掲げたイーグル1量子鍵配送衛星を打ち上げる予定である。これは欧州量子通信インフラ（EuroQCI）の開発と展開の一環である。[25]
参照
参考文献
- ^ 「QSS (Mozi)」. space.skyrocket.de . Gunter's Space Page . 2016年8月17日閲覧。
- ^ abcdef 「QUESS、ゴビ砂漠の宇宙基地から打ち上げられる」Spaceflights.news . 2016年8月17日。2017年6月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年8月17日閲覧。
- ^ abcdefghi Lin Xing (2016年8月16日). 「中国が世界初の量子科学衛星を打ち上げる」. Physics World . Institute of Physics . 2020年11月22日閲覧。
- ^ ab 「初の量子衛星が打ち上げに成功」オーストリア科学アカデミー2016年8月16日。2018年3月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年8月17日閲覧。
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- ^ huaxia (2016年9月16日). 「天宮2号、中国を宇宙ステーションに一歩近づける」. chinaspacereport. 2018年5月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年11月12日閲覧。
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- ^ Jeffrey Lin、PW Singer (2016年8月17日)。「中国、ハッキング不可能な通信を求めて量子衛星を打ち上げる」 。 2016年8月19日閲覧。
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- ^ ab Elizabeth Gibney (2016年7月27日). 「中国の衛星は量子インターネットへの大きな一歩」. Nature . 535 (7613): 478–479. Bibcode :2016Natur.535..478G. doi : 10.1038/535478a . PMID 27466107.
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- ^ 「量子暗号化で欧州の自治を強化」ESA 2022年9月22日。
外部リンク
- QUESS のローンチ アーカイブ 2017-11-06ウェイバックマシン(中国語)
- カタルーニャ工科大学の 3Cat-2 衛星ウェブサイト