空间尺度的量子实验

空间尺度的量子实验，是中国在量子物理领域的一个研究项目。

天宫二号是中国的第二个空间实验室模块，于2016年9月15日发射。天宫二号共携带14个任务和实验包，其中包括空间-地球量子密钥分发（中文：量子密钥分发）和激光通信实验，以促进空间-地面量子通信。

一颗以中国古代哲学家的名字命名的昵称为Micius或墨子的卫星，由中国科学院以及中国的地面站运营。维也纳大学和奥地利科学院正在运行该卫星的欧洲接收站。

QUESS是一项概念验证任务，旨在促进长距离的量子光学实验，以便开发量子加密和量子远程传输技术。

量子加密利用纠缠的原理来促进通信，可以绝 对检测出第三方是否在传输过程中截获了信息，从而拒绝未被发现的解密。通过产生成对的纠缠光子，QUESS将允许相隔数千公里的地面站建立安全的量子通道。

QUESS本身的通信能力有限：它需要视线，而且只能在没有阳光的情况下运行。进一步的Micius卫星计划，包括到2030年建立一个全球网络。该任务的总成本约为1亿美元。

兴隆-乌鲁木齐-阿利-维也纳任务最初的实验证明了乌鲁木齐附近的新疆天文台和北京附近的兴隆天文台之间的量子密钥分配（QKD）–一个大约2500公里（1600英里）的大圆圈距离。

此外，QUESS在1200公里（750英里）的距离上测试了贝尔的不等式–比迄今为止的任何实验都要远–并在西藏自治区阿里的石泉河观测站和卫星之间传送了一个光子状态。

这需要非常精确的轨道机动和卫星跟踪，以便基站能够与飞船保持视线。

2021年，基于卫星分布的纠缠，在地面上演示了超过1200公里（750英里）的全量子态远程传输。

一旦中国境内的实验结束，QUESS在中国和奥地利维也纳的量子光学和量子信息研究所之间建立了一个国际QKD通道–地面距离为7500公里（4700英里），在2016年实现了首次洲际安全量子视频通话。

航天器由长征二号火箭于2016年8月17日1:40在酒泉4号发射场603号发射台发射。

这次发射是与QUESS、LiXing-1研究卫星和³Cat-2西班牙科学卫星共享的多载荷任务。

2016年8月19日，卫星重新进入大气层，因此任务已经结束。3Cat-2是3Cat系列的第二颗卫星，也是加泰罗尼亚理工大学纳米卫星实验室在加泰罗尼亚地区开发的第二颗卫星。

它是一颗6单元的立方体卫星，飞行一个新颖的GNSS反射仪（GNSS-R）有效载荷用于地球观测。

它的质量为7.1公斤。安全密钥分配QUESS上的主要仪器是一个萨格纳克效应干涉仪。这是一个产生成对纠缠光子的装置，允许每个光子中的一个被传送到地面。

这将使QUESS能够进行量子密钥分配（QKD）–向两个地面站传输可用于加密和解密信息的安全加密密钥。

QKD在理论上提供了真正的安全通信。在QKD中，想要通信的双方共享一个随机的秘密密钥，该密钥使用以随机偏振方式发送的纠缠光子对进行传输，每一方都收到该对光子的一半。然后，这个密匙可以被用作一次性密钥，允许双方通过正常渠道安全地进行通信。

任何试图窃听密钥的行为都会以一种可检测的方式干扰纠缠状态。

QKD已经在地球上进行了尝试，包括在两个观测站之间的直接视线，以及使用光纤电缆来传输光子。然而，光纤和大气层都会引起散射，破坏纠缠状态，这就限制了QKD可以进行的距离。

从轨道上的卫星发送钥匙，散射较少，这使得QKD可以在更远的距离上进行。