中國“墨子號”量子衞星首次實現千公里量級量子糾纏
新華社6月16日消息，中國科學家15日（當地時間）在美國《科學》雜誌上報告説，中國“墨子號”量子衞星在世界上首次實現千公里量級的量子糾纏，這意味着量子通信向實用邁出一大步。
這一消息目前登上了“自然科學”網站（www.nature.com）的頭條，並使外國專家感到震驚。此前的量子傳輸距離紀錄是144公里。
自然科學網頭版截圖（6月16日上午）
報道稱，中國量子衞星克服了超安全通信的主要障礙。量子衞星探針實現了創紀錄的遠距離量子糾纏，這能夠實現基於量子技術下的數據加密傳輸。發射後僅僅數月，世界上首顆量子通信衞星就已經達到了它最具雄心的目標之一。
中國研究人員在《科學》雜誌發表報告稱，通過兩個地面站點和衞星之間發射量子，他們在千公里級別上距離實現了量子糾纏。這一技術是未來絕對安全的量子通信技術的基礎技術。參與這次實驗的兩個地面站分別是青海德令哈站和雲南麗江高美古站，兩站距離1203公里。
這次重要實驗是在去年年底完成的，而此前的傳輸距離紀錄為144公里。“墨子”號衞星是2016年8月發射的。從百公里到千公里，中國“墨子號”量子衞星將量子糾纏分發的世界紀錄提高了一個數量級。
研究團隊每晚只有5分鐘的時間窗口，此時衞星軌道高度大約500公里，其信號能夠同時被兩個地面站接收。在衞星發射伊始，他們就已經能夠實現每秒進行一次量子糾纏，這一速率比他們預期快了10倍。
中國“墨子”團隊負責人潘建偉表示，他們已經開始實驗運用量子糾纏技術創建密鑰，以實現天地間的信息瞬時傳輸。不過潘建偉説，暫時並不準備對外公佈實驗結果。
登上美國《科學》雜誌封面
新華社報道稱，6月15日發佈的美國《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、量子衞星項目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。通俗地説，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信息安全“終極武器”。
潘建偉對新華社記者説：“這項工作為未來開展大尺度量子網絡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《基於衞星的糾纏分發距離超過1200公里》的論文説，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。
“墨子號”科學應用系統總設計師彭承志説：“這是量子衞星上天以來迄今為止發佈的最大成果。”
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，此前國內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衞星向地面分發。作為世界首顆量子科學實驗衞星，“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。
“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信息理論中心主任塞思·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程量子通信的希望。”
外國專家震驚
加拿大卡爾加里大學物理學家沃夫岡·迪塔爾（Wolfgang Tittel，領導另一量子研究團隊）表示，“我已經被中國團隊的結果震驚了，我個人之前看到量子衞星發射後，並不確定能獲得什麼結果”，也不確定他們是否能用它實現技術突破。
與潘建偉團隊相比，加拿大的量子加密和科學衞星團隊採取了較為簡單的實驗方法，他們在地面製造量子糾纏，並將其發射到衞星上。他們上週發表文章稱，成功將量子發射到了10公里高空的飛行器上。
加拿大滑鐵盧大學（the University of Waterloo）量子項目成員托馬斯·詹內懷恩（Thomas Jennewein）表示，他們的團隊以及世界上的其他團隊現在正在追趕中國團隊，“很明顯他們是量子衞星的世界領跑者。”
潘建偉説，目前主要的挑戰是，如何在白天，光量子非常多的情況下，分辨並接收到量子衞星的信號，以實現量子通信。
潘建偉表示，除了量子密鑰和通信實驗之外，他們還將運用“墨子號”測試重力對於量子糾纏形態的影響。他們還將在兩年內發射另一顆量子衞星。其他同事認為這個想法太雄心勃勃了，因為這意味着兩套在太空中的量子發射系統，可能實現宇宙中的量子糾纏。