中国“墨子号”量子卫星实现千公里级量子纠缠分发

2017-06-17 11:15:46 [来源:华声在线]  [初审编辑:欧小雷]
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相距1203公里,仍“鬼魅纠缠”

中国量子卫星:“英雄史诗般的实验”

2016年12月10日,在西藏阿里观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。本版图片均为新华社发

从百公里到千公里,中国“墨子号”量子卫星将量子纠缠分发的世界纪录提高了一个数量级。15日美国《科学》杂志以封面文章形式发布了中国“墨子号”量子卫星的重大成就,并在一份简介中将这项中国科学家独立完成的工作称为“一项里程碑式的研究”。

1 新闻事实

在《科学》杂志封面上,“墨子号”从星空向地面发出两道光,宛如两条长腿跨出一大步,也象征量子通信向实用迈近一大步。杂志刊发了中国科学技术大学教授、量子卫星项目首席科学家潘建伟等人的论文,题为《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》。

论文说,通过“墨子号”向地面发射光子,每对处于纠缠状态的光子中的一个发向青海德令哈站,另一个发向云南丽江站,两个地面站之间的距离达到1203公里。这是世界上首次实现千公里量级的量子纠缠。

2 深度分析

首先,我们要搞懂什么是量子纠缠。量子纠缠是一种奇特的量子力学现象,通俗地说,两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”,无论相隔多远都可瞬间互相影响,爱因斯坦称之为“鬼魅般的远距作用”。

量子纠缠分发,就是将一对有“感应”的量子分置于两地。这尤其适用于保密通信,在此基础上的量子通信技术被誉为信息安全的“终极武器”。

要让量子通信实用化,需要实现量子纠缠的远距离分发。但量子地面传输无论通过光纤或大气都有较大信号损耗,此前国内外地面实验传输距离一直停留在一百公里量级。解决这个问题的一个有效办法就是利用卫星向地面分发。

作为世界首颗量子科学实验卫星,“墨子号”星地纠缠分发的传输衰减仅是同样距离地面衰减的万亿分之一。但这种方式对精度要求极高,好比从万米高空飞机上扔下一连串硬币,在地面用存钱罐接住。

“墨子号”在相距1203公里的德令哈站和云南丽江站之间实现量子纠缠分发,首次将量子纠缠分发的世界纪录从百公里提高到千公里量级。“墨子号”科学应用系统总设计师彭承志说:“这是量子卫星上天以来迄今为止发布的最大成果。”

潘建伟对新华社记者说:“这项工作为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究,以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。”

3 各方声音

《科学》杂志在一份简介中将这项中国科学家独立完成的工作称为“一项里程碑式的研究”。论文审稿人认为,这一成果是“兼具潜在实际应用和基础科研重要性的重大技术突破”、“毫无疑问将在学术界和广大社会公众中产生非常巨大的影响”。

亚历山大·谢尔吉延科——美国波士顿大学量子技术专家:

“这是一个英雄史诗般的实验,因为有许多不利因素可能破坏这个里程碑式实验中光子纠缠的量子性质,这对研究人员很不利。中国研究人员的技巧、坚持和对科学的奉献应该得到最高的赞美与承认。”

塞思·劳埃德——美国麻省理工学院量子技术专家:

“这项工作是纠缠分发技术的一个真正突破。通过分发源于卫星的高精度纠缠源的纠缠光子,这些作者在相隔1200公里的两个光子之间建立起纠缠状态,这个距离的量级远高于之前的实验。这项实验表明远距离量子通信确实在技术上可行,让人们看到了在不久的未来构建远程量子通信的希望。”

托马斯·延内魏因——加拿大滑铁卢大学量子技术专家:

“国际上确实存在量子科研竞赛。这个中国团队已克服了好几个重大技术与科学挑战,清楚地表明了他们在量子通信领域处于世界领先地位。自2000年以来,我一直从事这个方面的研究工作,因此我可以很好地证明这个中国团队表现出的勇气、奉献和技巧。”(据新华社北京6月16日电)

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量子与量子卫星

物理学中常用到量子概念,它是构成物质的基本单元,是能量的最基本携带者,不可再分割。量子这个词来自拉丁语quantus,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。普朗克在1900年首次提出量子概念,经爱因斯坦、波尔、海森堡、薛定谔、玻恩等科学巨擘不断完善,量子力学理论在20世纪前半期初步成形,目前还在不断发展中。

量子卫星“墨子号”是中国自主研制的世界上首颗空间量子科学实验卫星,于2016年8月16日发射升空,是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。

量子卫星的主要目标之一是进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。同时,量子卫星在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,将使人类首次具有在空间尺度开展量子科学实验的能力,成为我国在基础物理学领域对世界的又一重要贡献。(据新华社电)

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