科學新知/大陸量子衛星 實現「一步千里」的世界跨越

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大陸新聞中心/綜合報導

從百公里到千公里,中國大陸「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。

根據新華網報導,昨(15)日發布的美國《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。雜誌刊發了中國科學技術大學教授、量子衛星專案首席科學家潘建偉等人的論文。

量子糾纏是奇特的量子力學現象。通俗的說,兩個處於糾纏狀態的量子就像有「心靈感應」,無論相隔多遠,一個量子狀態變化,另一個也會改變。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資訊安全「終極武器」。

潘建偉對新華社記者說:「這項工作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。」

《科學》雜誌在一份簡介中將這項中國大陸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成就」、「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」。

這篇題為《基於衛星的糾纏分發距離超過1200公里》的論文說,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里量級的量子糾纏。

「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。」

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,此前大陸外地面實驗的分發距離一直停留在百公里量級。

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,好比從萬公尺高空飛機上扔下一連串硬幣,在地面用存錢罐接住。

「這項工作是糾纏分發技術的一個真正突破,」美國麻省理工學院凱克極限量子資訊理論中心主任塞思.勞埃德告訴新華社記者,「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端量子通信的希望。」

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