“墨子号”实现千公里星地量子纠缠分发
[摘要]打破国际上保持多年的“百公里级”纪录
为未来绝对安全的量子通信提供基础技术
○量子卫星首席科学家、中科大教授潘建伟院士介绍量子卫星最新重要成果
一直受到世界科学界关注的量子卫星有了最新的成果进展。6月16日上午，量子卫星重要成果新闻发布会在中科大举行。记者从新闻发布会上获悉，“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上率先实现千公里级的量子纠缠分发，打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录，这一技术为未来绝对安全的量子通信提供基础技术，预计需要10年左右，将真正实现实用化。同时，此项成果将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。
“墨子号”迎来第一项重大成果
“墨子号”是由我国自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星，2016年8月16日发射升空，受到国内外高度关注。其三大科学任务分别是：高速星地量子密钥分发；星地量子纠缠分发，实现大尺度量子非定域性检验；地星量子隐形传态。
记者从本次新闻发布会获悉，“墨子号”迎来第一项重大成果，率先成功实现“千公里级”的星地双向量子纠缠分发，打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录。
近日，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，联合中科院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究院、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先实现千公里级的星地双向量子纠缠分发，并在此基础上首次实现空间尺度严格满足“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。
量子卫星克服因传输距离而衰减
量子纠缠是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，一个量子状态变化，另一个也会改变。爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。
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“终极武器”。
量子卫星首席科学家、中科大教授潘建伟院士解释，由于量子纠缠非常脆弱，会随着光子在光纤内或者地表大气中的传输距离而衰减，以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离。
“量子纠缠‘鬼魅般的超距作用\’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？”潘建伟说，这些基本的物理问题的验证都需要实现上千公里甚至更远距离的纠缠分发，另一方面，要实现广域的量子网络也自然要求远距离的纠缠分发。
“解决这个问题的一个有效办法就是利用卫星向地面分发。”潘建伟说，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。
今年将有更多科学成果发布
在此次新闻发布会上，潘建伟说，这是“一项里程碑式的研究”，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级的量子纠缠，这项工作是纠缠分发技术的一个真正突破。
“在发射后仅仅数月，世界上首颗量子通信卫星就已经达到了它最具雄心的目标之一。”潘建伟介绍，通过两个地面站点和卫星之间发射量子，在千公里级别上实现了量子纠缠，这一技术是未来绝对安全的量子通信技术的基础技术。
除了量子纠缠分发实验外，记者了解到，“墨子号”量子科学实验卫星的其他重要科学实验任务，包括高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等，也在紧张顺利地进行中，预计今年会有更多的科学成果陆续发布。
“下一步我们要在提升卫星的覆盖范围上攻关，通过高轨卫星或者‘量子星座\’网络的方式，解决目前只能在地影区工作的限制，最终能够实现全天时的量子通信网络。”潘建伟预测，此项技术预计还需要10年左右的时间才能实现真正的实用化，运用于普通人的生活之中。
将在北京与维也纳进行 量子加密视频通话
中国量子卫星的最新成果引起世界关注。“这项成果引起世界量子研究领域的关注，已有加拿大、德国、意大利多个国家的科学家希望与我们进行量子卫星合作研究。”潘建伟透露，“我们将与维也纳科学家合作，实现洲际的量子密钥分发，预计本月或者下个月进行一场北京和维也纳之间进行量子加密的视频通话。”
记者获悉，该科研成果以《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》为题，于6月16日以封面论文的形式发表在国际权威学术期刊《科学》杂志上。
《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“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”，并断言“绝对毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。
■背景链接
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。
□合肥晚报
合肥都市网记者 蒋瑜香/文 牛国梁/图
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