【中國網】「墨子號」量子衛星重大突破 實現千公里級星地糾纏

6月16日，量子科學實驗衛星「墨子號」科學實驗進展介紹會在科學技術大學舉行

國際權威學術期刊《科學》雜誌2017年6月16日封面

6月16日，國際權威學術期刊《科學》雜誌封面上，「墨子號」量子衛星從星空向地面發出兩道光，象徵量子通信向實用邁近一大步。雜誌刊發的是科學技術大學教授、量子衛星項目首席科學家潘建偉及其同事彭承志等組成的研究團隊的最新成果。

潘建偉院士在科學技術大學舉行的量子科學實驗衛星「墨子號」科學實驗進展介紹會上說，「這個成果是，利用『墨子號』量子科學實驗衛星在國際上率先成功實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發，並在此基礎上實現了空間尺度下嚴格滿足『愛因斯坦定域性條件』的量子力學非定域性檢驗，在空間量子物理研究方面取得重大突破。」

「星地量子糾纏分發作為衛星的三大科學實驗任務之一，是國際上首次在空間尺度上開展的量子糾纏分發實驗。這也是量子衛星上天以來迄今為止發布的最大成果。」潘建偉院士表示，「這一重要成果為未來開展大尺度量子網路和量子通信實驗研究，以及開展外太空廣義相對論、量子引力等物理學基本原理的實驗檢驗奠定了可靠的技術基礎。」正因為如此，《科學》雜誌幾位審稿人稱讚該成果是「兼具潛在實際現實應用和基礎科學研究重要性的重大技術突破」，並斷言「絕對毫無疑問將在學術界和廣大的社會公眾中產生非常巨大影響」。

量子糾纏是奇特的量子力學現象。通俗地說，兩個（或多個）粒子共同組成的量子狀態，粒子之間就像有「心靈感應」，無論相隔多遠，一個粒子變化，其它粒子也會改變。愛因斯坦稱之為「鬼魅般的超距作用」。量子糾纏分發就是把製備好的兩個糾纏粒子（通常為光子）分別發送到相距很遠的兩個點。

潘建偉院士解釋說，要讓量子通信實用化，需要實現量子糾纏的遠距離分發。但是由於量子糾纏非常脆弱，會隨著光子在光纖內或者地表大氣中的傳輸距離而衰減，以往的量子糾纏分發實驗只停留在百公里的距離。

量子糾纏「鬼魅般的超距作用」在更遠的距離上是否仍然存在？會不會受到引力等其它因素的影響？這些基本物理問題的驗證都需要實現上千公里甚至更遠距離的糾纏分發；另一方面，要實現廣域的量子網路也自然要求遠距離的糾纏分發。「解決這個問題的一個有效辦法就是利用衛星向地面分發。」潘建偉院士指出，作為世界首顆量子科學實驗衛星，「墨子號」星地糾纏分發的傳輸衰減僅是同樣距離地面衰減的萬億分之一。

這項由科學家獨立完成「一項里程碑式的研究」顯示，通過「墨子號」向地面發射光子，每對處於糾纏狀態的光子中的一個發向青海德令哈站，另一個發向雲南麗江站，兩個地面站之間的距離達到1203公里。這是世界上首次實現千公里量級的量子糾纏，這項工作是糾纏分發技術的一個真正突破。

潘建偉院士表示，「除了量子糾纏分發實驗外，『墨子號』量子科學實驗衛星的其它重要科學實驗任務，包括高速星地量子密鑰分發、地星量子隱形傳態等，也在緊張順利地進行中，預計今年會有更多的科學成果陸續發布。」