實驗讓人看到遠程量子通信的希望

從百公里到千公里，「墨子號」量子衛星將量子糾纏分發的世界紀錄提高了一個數量級。15日美國《科學》雜誌以封面論文形式發布了「墨子號」量子衛星的重大成就，並在一份簡介中將這項科學家獨立完成的工作稱為「一項里程碑式的研究」。

新聞事實

在《科學》雜誌封面上，「墨子號」從星空向地面發出兩道光，宛如兩條長腿跨出一大步，也象徵量子通信向實用邁近一大步。雜誌刊發了科學技術大學教授、量子衛星項目首席科學家潘建偉等人的論文，題為《基於衛星的糾纏分發距離超過１２００公里》。

論文說，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。

深度分析

首先，我們要搞懂什麼是量子糾纏。量子糾纏是一種奇特的量子力學現象，通俗地說，兩個處於糾纏狀態的量子就像有「心靈感應」，無論相隔多遠都可瞬間互相影響，愛因斯坦稱之為「鬼魅般的遠距作用」。

量子糾纏分發，就是將一對有「感應」的量子分置於兩地。這尤其適用於保密通信，在此基礎上的量子通信技術被譽為信息安全的「終極武器」。

要讓量子通信實用化，需要實現量子糾纏的遠距離分發。但量子地面傳輸無論通過光纖或大氣都有較大信號損耗，此前國內外地面實驗傳輸距離一直停留在一百公里量級。解決這個問題的一個有效辦法就是利用衛星向地面分發。

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。但這種方式對精度要求極高，好比從萬米高空飛機上扔下一連串硬幣，在地面用存錢罐接住。

「墨子號」在相距１２０３公里的德令哈站和雲南麗江站之間實現量子糾纏分發，首次將量子糾纏分發的世界紀錄從百公里提高到千公里量級。「墨子號」科學應用系統總設計師彭承志說：「這是量子衛星上天以來迄今為止發布的最大成果。」

各方聲音

《科學》雜誌在一份簡介中將這項科學家獨立完成的工作稱為「一項里程碑式的研究」。論文審稿人認為，這一成果是「兼具潛在實際應用和基礎科研重要性的重大技術突破」、「毫無疑問將在學術界和廣大社會公眾中產生非常巨大的影響」。

亞歷山大·謝爾吉延科——美國波士頓大學量子技術專家：

「這是一個英雄史詩般的實驗，因為有許多不利因素可能破壞這個裡程碑式實驗中光子糾纏的量子性質，這對研究人員很不利。研究人員的技巧、堅持和對科學的奉獻應該得到最高的讚美與承認。」

塞思·勞埃德——美國麻省理工學院量子技術專家：

「這項工作是糾纏分發技術的一個真正突破。通過分發源於衛星的高精度糾纏源的糾纏光子，這些作者在相隔１２００公里的兩個光子之間建立起糾纏狀態，這個距離的量級遠高於之前的實驗。這項實驗表明遠距離量子通信確實在技術上可行，讓人們看到了在不久的未來構建遠程量子通信的希望。」

據新華社北京６月１６日電