我国“墨子号”卫星率先实现千公里级的量子纠缠分发 为未来量子通信实验研究等奠定了可靠的技术基础
1200公里外 俩量子“心灵感应”

　　 我国利用“墨子号”量子卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发。
　　 中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队昨日宣布，在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，并于此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验，在空间量子物理研究方面取得重大突破。国际权威学术期刊《科学》以封面论文的形式发表了该成果，审稿人称该成果是“兼具潜在实际应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”。
　　

以往实验只停留在百公里距离
　　

量子纠缠被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”，它是两个或多个粒子共同组成的量子状态，无论粒子之间相隔多远，测量其中一个粒子必然会影响其他粒子，这种“心灵感应”似的神秘关联被称为量子非定域性，爱因斯坦称其为“鬼魅般的远距作用”。
　　

量子纠缠所体现的非定域性是量子力学最神奇的现象之一，以往国际学界的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离。量子纠缠在更远的距离上是否仍然存在？会不会受到引力等其他因素的影响？中科大潘建伟等人组成的团队联合中科院上海技术物理研究所王建宇研究组等，利用“墨子号”量子卫星进行了实验验证。
　　

此次两个站相距1200公里
　　

“墨子号”卫星过境时，同时与青海德令哈站和云南丽江站两个地面站建立光链路，以每秒1对的速度在地面超过1200公里的两个站之间建立量子纠缠。在关闭局域性漏洞和测量选择漏洞的条件下，获得的实验结果以4倍标准偏差违背了贝尔不等式，即在千公里的空间尺度上也存在心灵感应，实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。
　　

据介绍，这一重要成果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。
　　

有多难：
　　相当于从万米高空往地面存钱罐抛硬币
　　

中国“墨子号”量子卫星从星空中向地球发出的两道光束，再次震动了全球科技界。
　　

这到底是什么神奇的成果，引发全球关注？从以往百公里级到千公里级，“墨子号”将量子纠缠分发的世界纪录提高了一个数量级，被《科学》杂志誉为里程碑式成就。
　　

“一步千里”，对目前已有的常规通信方式来说并不稀奇，然而在量子通信领域却罕见而珍贵。
　　

 以往由于没有量子卫星，国内外量子通信地面实验传输距离一直停留在一百公里量级。因为量子地面传输无论通过光纤或大气都有较大信号损耗。改用卫星从太空中分发，可以大幅缩小信号衰减。这种方式对精度要求极高，好比从万米高空的飞机上扔下一连串硬币，在地面上用存钱罐接住，位置、角度、接收顺序需丝毫不差。
　　

从百公里级到千公里级，中国量子卫星的成就，让量子通信向实用化迈进了一大步，并从技术上验证了构建全球量子通信网络的可行性。未来，利用卫星的中转，甚至可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖全球的广域量子保密通信。
　　

本次实验成果，也是量子通信向信息安全“终极武器”方向迈出的历史性步伐。在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和测不准的特性，所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。
　　

科普：
　　量子和量子纠缠分发
　　

量子：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。
　　

量子纠缠：这是一种奇怪的量子力学现象，处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联，其中一个量子状态发生改变（比如人们对其进行观测），另一个的状态会瞬时发生相应改变。这种“心灵感应”似的神秘关联被称为量子非定域性，爱因斯坦称其为“鬼魅般的远距作用”。
　　

纠缠光子：光子也是一种量子，处于纠缠状态的光子被称为纠缠光子。
　　

纠缠分发：就是把制备好的两个纠缠量子分别发送到相距很远的两个点，通过观察两个点的测量结果是否符合贝尔不等式来检验量子纠缠的存在。这是验证远距离量子力学正确性和实现广域量子网络必不可少的手段。
　　

贝尔不等式：这是1964年由物理学家约翰·贝尔提出的一个数学不等式，在经典物理学中成立，但在量子力学中不成立，这可以验证量子力学理论。虽然过去已有大量实验支持量子力学，但是这些实验设计都存在漏洞。通过无漏洞的实验来检验贝尔不等式，一直是国际物理学界竞争最激烈的挑战之一。
　　 本组稿件据新华社 摄影 据新华社 

华商报2017年6月17日

http://ehsb.hsw.cn/shtml/hsb/20170617/647581.shtml