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新華社6月16日消息，中國(guó)科學(xué)家15日（當(dāng)?shù)貢r(shí)間）在美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，中國(guó)“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星在世界上首次實(shí)現(xiàn)千公里量級(jí)的量子糾纏，這意味著量子通信向?qū)嵱眠~出一大步。

這一消息目前登上了“自然科學(xué)”網(wǎng)站（www.nature.com）的頭條，并使外國(guó)專家感到震驚。此前的量子傳輸距離紀(jì)錄是144公里。

自然科學(xué)網(wǎng)頭版截圖（6月16日上午）

報(bào)道稱，中國(guó)量子衛(wèi)星克服了超安全通信的主要障礙。量子衛(wèi)星探針實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的遠(yuǎn)距離量子糾纏，這能夠?qū)崿F(xiàn)基于量子技術(shù)下的數(shù)據(jù)加密傳輸。發(fā)射后僅僅數(shù)月，世界上首顆量子通信衛(wèi)星就已經(jīng)達(dá)到了它最具雄心的目標(biāo)之一。

中國(guó)研究人員在《科學(xué)》雜志發(fā)表報(bào)告稱，通過兩個(gè)地面站點(diǎn)和衛(wèi)星之間發(fā)射量子，他們?cè)谇Ч锛?jí)別上距離實(shí)現(xiàn)了量子糾纏。這一技術(shù)是未來絕對(duì)安全的量子通信技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)。參與這次實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)地面站分別是青海德令哈站和云南麗江高美古站，兩站距離1203公里。

這次重要實(shí)驗(yàn)是在去年年底完成的，而此前的傳輸距離紀(jì)錄為144公里?！澳印碧?hào)衛(wèi)星是2016年8月發(fā)射的。從百公里到千公里，中國(guó)“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星將量子糾纏分發(fā)的世界紀(jì)錄提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

研究團(tuán)隊(duì)每晚只有5分鐘的時(shí)間窗口，此時(shí)衛(wèi)星軌道高度大約500公里，其信號(hào)能夠同時(shí)被兩個(gè)地面站接收。在衛(wèi)星發(fā)射伊始，他們就已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)每秒進(jìn)行一次量子糾纏，這一速率比他們預(yù)期快了10倍。

中國(guó)“墨子”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人潘建偉表示，他們已經(jīng)開始實(shí)驗(yàn)運(yùn)用量子糾纏技術(shù)創(chuàng)建密鑰，以實(shí)現(xiàn)天地間的信息瞬時(shí)傳輸。不過潘建偉說，暫時(shí)并不準(zhǔn)備對(duì)外公布實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

登上美國(guó)《科學(xué)》雜志封面

新華社報(bào)道稱，6月15日發(fā)布的美國(guó)《科學(xué)》雜志封面上，“墨子號(hào)”從星空向地面發(fā)出兩道光，宛如兩條長(zhǎng)腿跨出一大步，也象征量子通信向?qū)嵱眠~近一大步。雜志刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、量子衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉等人的論文。

量子糾纏是奇特的量子力學(xué)現(xiàn)象。通俗地說，兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”，無論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子狀態(tài)變化，另一個(gè)也會(huì)改變。愛因斯坦稱之為“鬼魅般的遠(yuǎn)距作用”。

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。這尤其適用于保密通信，在此基礎(chǔ)上的量子通信技術(shù)被譽(yù)為信息安全“終極武器”。

潘建偉對(duì)新華社記者說：“這項(xiàng)工作為未來開展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實(shí)驗(yàn)研究，以及開展外太空廣義相對(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)?！?

《科學(xué)》雜志在一份簡(jiǎn)介中將這項(xiàng)中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成的工作稱為“一項(xiàng)里程碑式的研究”。論文審稿人認(rèn)為，這一成果是“兼具潛在實(shí)際應(yīng)用和基礎(chǔ)科研重要性的重大技術(shù)成就”、“毫無疑問將在學(xué)術(shù)界和廣大社會(huì)公眾中產(chǎn)生非常巨大的影響”。

這篇題為《基于衛(wèi)星的糾纏分發(fā)距離超過1200公里》的論文說，通過“墨子號(hào)”向地面發(fā)射光子，每對(duì)處于糾纏狀態(tài)的光子中的一個(gè)發(fā)向青海德令哈站，另一個(gè)發(fā)向云南麗江站，兩個(gè)地面站之間的距離達(dá)到1203公里。這是世界上首次實(shí)現(xiàn)千公里量級(jí)的量子糾纏。

“墨子號(hào)”科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師彭承志說：“這是量子衛(wèi)星上天以來迄今為止發(fā)布的最大成果?！?

要讓量子通信實(shí)用化，需要實(shí)現(xiàn)量子糾纏的遠(yuǎn)距離分發(fā)。但量子地面?zhèn)鬏敓o論通過光纖或大氣都有較大信號(hào)損耗，此前國(guó)內(nèi)外地面實(shí)驗(yàn)的分發(fā)距離一直停留在百公里量級(jí)。

解決這個(gè)問題的一個(gè)有效辦法就是利用衛(wèi)星向地面分發(fā)。作為世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，“墨子號(hào)”星地糾纏分發(fā)的傳輸衰減僅是同樣距離地面衰減的萬億分之一。但這種方式對(duì)精度要求極高，好比從萬米高空飛機(jī)上扔下一連串硬幣，在地面用存錢罐接住。

“這項(xiàng)工作是糾纏分發(fā)技術(shù)的一個(gè)真正突破，”美國(guó)麻省理工學(xué)院凱克極限量子信息理論中心主任塞思·勞埃德告訴新華社記者，“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構(gòu)建遠(yuǎn)程量子通信的希望?！?

外國(guó)專家震驚

加拿大卡爾加里大學(xué)物理學(xué)家沃夫?qū)さ纤枺╓olfgang Tittel，領(lǐng)導(dǎo)另一量子研究團(tuán)隊(duì)）表示，“我已經(jīng)被中國(guó)團(tuán)隊(duì)的結(jié)果震驚了，我個(gè)人之前看到量子衛(wèi)星發(fā)射后，并不確定能獲得什么結(jié)果”，也不確定他們是否能用它實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

與潘建偉團(tuán)隊(duì)相比，加拿大的量子加密和科學(xué)衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)采取了較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法，他們?cè)诘孛嬷圃炝孔蛹m纏，并將其發(fā)射到衛(wèi)星上。他們上周發(fā)表文章稱，成功將量子發(fā)射到了10公里高空的飛行器上。

加拿大滑鐵盧大學(xué)（the University of Waterloo）量子項(xiàng)目成員托馬斯·詹內(nèi)懷恩（Thomas Jennewein）表示，他們的團(tuán)隊(duì)以及世界上的其他團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在追趕中國(guó)團(tuán)隊(duì)，“很明顯他們是量子衛(wèi)星的世界領(lǐng)跑者?！?

潘建偉說，目前主要的挑戰(zhàn)是，如何在白天，光量子非常多的情況下，分辨并接收到量子衛(wèi)星的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)量子通信。

潘建偉表示，除了量子密鑰和通信實(shí)驗(yàn)之外，他們還將運(yùn)用“墨子號(hào)”測(cè)試重力對(duì)于量子糾纏形態(tài)的影響。他們還將在兩年內(nèi)發(fā)射另一顆量子衛(wèi)星。其他同事認(rèn)為這個(gè)想法太雄心勃勃了，因?yàn)檫@意味著兩套在太空中的量子發(fā)射系統(tǒng)，可能實(shí)現(xiàn)宇宙中的量子糾纏。