“墨子号”实现千公里量子纠缠分发

2017-06-19 09:59:06    

中国发射的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”升空10个月后，于6月16日发布最新科学成果。“墨子号”在国际上首次实现千公里级的量子纠缠分发，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。这为对未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究，以及开展外层空间广义相对论、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。

量子纠缠是奇特的量子力学现象，被爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。通俗表示，就是两个处于纠缠状态的量子就像有着“心电感应”，无论相隔多远，一个量子状态变化，另一个也会改变。所谓量子纠缠分发，就是将一对有“感应”的量子分置于两地。这一技术可以用于保密通信，被誉为保障信息安全的“终极武器”。

潘建伟团队早在2003年就提出了利用卫星实现远距离量子纠缠分发的方案，随后于2005年在国际上首次实现了水平距离13公里（大于大气层垂直厚度）的自由空间双向量子纠缠分发。2012年，潘建伟领导的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态。随着“墨子号”在2016年8月升空，在2017年1月正式开展科学实验，首次在太空尺度上开展量子纠缠分发实验。

要实现量子通信实用化，首先要实现量子纠缠的远距离分发。此前的量子传输纠缠分发距离纪录是百公里量级，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，联合中国科学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、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等，在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下，将这一距离提升至1,203公里，这是世界上首次实现千公里量级的量子纠缠。

据介绍，当“墨子号”卫星过境时，它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，量子纠缠光子对从卫星到两个地面站的总距离平均达2,000公里，并以每秒1对的速度在地面相距1,203公里的两个站之间建立量子纠缠。

值得一提的是，通过“墨子号”项目，可以实现每秒中分发1对光子。而在地面通过光纤链路进行分发一对光子，理论上需要3万年。

通过这项实验，能够实现绝对保密的量子通信正向人们走来。“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”，国外各大媒体评价。潘建伟本人也期待着量子通信能够改变国人的生活，他表示，根据目前的技术进展，量子通信可以在“十三五”末、“十四五”初期走向应用，普及到千家万户可能还需要10年左右。