“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)千公里量子糾纏分發(fā)

中國(guó)發(fā)射的全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”升空10個(gè)月后，于6月16日發(fā)布最新科學(xué)成果。“墨子號(hào)”在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的量子糾纏分發(fā)，并在此基礎(chǔ)上首次實(shí)現(xiàn)空間尺度嚴(yán)格滿足“愛(ài)因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)，在空間量子物理研究方面取得重大突破。這為對(duì)未來(lái)開(kāi)展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實(shí)驗(yàn)研究，以及開(kāi)展外層空間廣義相對(duì)論、量子引力等物理學(xué)基本原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

量子糾纏是奇特的量子力學(xué)現(xiàn)象，被愛(ài)因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。通俗表示，就是兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的量子就像有著“心電感應(yīng)”，無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子狀態(tài)變化，另一個(gè)也會(huì)改變。所謂量子糾纏分發(fā)，就是將一對(duì)有“感應(yīng)”的量子分置于兩地。這一技術(shù)可以用于保密通信，被譽(yù)為保障信息安全的“終極武器”。

潘建偉團(tuán)隊(duì)早在2003年就提出了利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏分發(fā)的方案，隨后于2005年在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了水平距離13公里（大于大氣層垂直厚度）的自由空間雙向量子糾纏分發(fā)。2012年，潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的中科院聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在青海湖實(shí)現(xiàn)了首個(gè)百公里的雙向量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)。隨著“墨子號(hào)”在2016年8月升空，在2017年1月正式開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，首次在太空尺度上開(kāi)展量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)。

要實(shí)現(xiàn)量子通信實(shí)用化，首先要實(shí)現(xiàn)量子糾纏的遠(yuǎn)距離分發(fā)。此前的量子傳輸糾纏分發(fā)距離紀(jì)錄是百公里量級(jí)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所、國(guó)家天文臺(tái)、紫金山天文臺(tái)、國(guó)家空間科學(xué)中心等，在中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持下，將這一距離提升至1,203公里，這是世界上首次實(shí)現(xiàn)千公里量級(jí)的量子糾纏。

據(jù)介紹，當(dāng)“墨子號(hào)”衛(wèi)星過(guò)境時(shí)，它同時(shí)與青海德令哈站和云南麗江站兩個(gè)地面站建立光鏈路，量子糾纏光子對(duì)從衛(wèi)星到兩個(gè)地面站的總距離平均達(dá)2,000公里，并以每秒1對(duì)的速度在地面相距1,203公里的兩個(gè)站之間建立量子糾纏。

值得一提的是，通過(guò)“墨子號(hào)”項(xiàng)目，可以實(shí)現(xiàn)每秒中分發(fā)1對(duì)光子。而在地面通過(guò)光纖鏈路進(jìn)行分發(fā)一對(duì)光子，理論上需要3萬(wàn)年。

通過(guò)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)絕對(duì)保密的量子通信正向人們走來(lái)。“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明遠(yuǎn)距離量子通信確實(shí)在技術(shù)上可行，讓人們看到了在不久的未來(lái)構(gòu)建遠(yuǎn)程量子通信的希望”，國(guó)外各大媒體評(píng)價(jià)。潘建偉本人也期待著量子通信能夠改變國(guó)人的生活，他表示，根據(jù)目前的技術(shù)進(jìn)展，量子通信可以在“十三五”末、“十四五”初期走向應(yīng)用，普及到千家萬(wàn)戶可能還需要10年左右。