科研團隊提前一年完成三大科學(xué)目標

被稱為“幽靈粒子”的量子，是指構(gòu)成物質(zhì)的最小單元，分子、原子、光子等微觀粒子都是量子的表現(xiàn)形態(tài)。由于量子具有疊加和糾纏等很多神奇特性，量子理論已經(jīng)催生了很多革命性的技術(shù)，比如晶體管、激光器，甚至最前沿的量子通信和量子計算，而量子科學(xué)研究也成為國際最前沿的探索領(lǐng)域。

2016年8月16日，由我國科學(xué)家自主研制的世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射，瞄準了量子研究領(lǐng)域最前沿的三大科學(xué)目標：千公里級量子糾纏分發(fā)、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)。

量子衛(wèi)星首席科學(xué)家中科院潘建偉院士介紹，這三大科學(xué)目標，科研團隊原本預(yù)計在兩年里面完成，但沒想到一年的時間就全部完成，而這也為我國繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

“墨子號”的神奇使命

量子密鑰分發(fā)

通信安全是國家信息安全和人類經(jīng)濟社會生活的基本需求，與經(jīng)典通信不同，由于量子具有不可分割和不可復(fù)制等特性，量子通信被認為是目前已知不可竊聽、不可破譯的絕對安全的通信方式。

此次科研團隊成功實現(xiàn)星地之間千公里級的量子密鑰分發(fā)，打破此前最遠記錄，并大幅提升密鑰的傳輸效率。

┃應(yīng)用：通過量子衛(wèi)星 實現(xiàn)遠距離保密通信

由于外太空光信號損耗非常小，而且衛(wèi)星具有方便覆蓋全球的獨特優(yōu)勢，量子衛(wèi)星被認為是建立全球量子保密通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。量子衛(wèi)星首席科學(xué)家中科院潘建偉院士介紹，以星地量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)，將衛(wèi)星作為中繼，可以實現(xiàn)地球上任意兩點的密鑰共享，也就意味著遙遠兩地的用戶通過共享量子密鑰，就能夠?qū)崿F(xiàn)絕對安全的保密通信。

量子糾纏分發(fā)

量子糾纏是奇特的量子力學(xué)現(xiàn)象。通俗地說，兩個處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”，無論相隔多遠，一個量子狀態(tài)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(fā)示意圖

中國的科學(xué)家們通過“墨子號”衛(wèi)星，從太空將一對相互“糾纏”的量子“分發(fā)”到青海德令哈和云南麗江兩個地面站，發(fā)現(xiàn)在兩個相距超過1200公里的實驗站之間，量子的“糾纏效應(yīng)”仍然有效。并通過數(shù)千對量子的實驗，檢驗了這一成果。 （詳情點擊：厲害了！中國科學(xué)家用嚴格的科學(xué)實證 回答了愛因斯坦的“百年之問”）

┃應(yīng)用：驗證超遠距離作用 為量子網(wǎng)絡(luò)和遠距離通信提供實驗手段

專家表示，在地面的兩個地點之間建立量子糾纏，可為未來的量子網(wǎng)絡(luò)和遠距量通訊研究提供一個非常好的實驗手段。這種技術(shù)也為未來在空間尺度檢驗廣義相對論，為未來探索物理學(xué)的領(lǐng)域提供一種很好的技術(shù)手段。

量子隱形傳態(tài)

時空穿越一直是人類的夢想。在量子世界中，這種時空穿越的現(xiàn)象卻真的存在，而這就是“墨子號”的第三個實驗——量子隱形傳態(tài)。

量子隱形傳態(tài)，是一種全新的通信方式。通俗來講，就是將甲地的某一粒子的量子態(tài)信息在乙地的另一粒子上還原出來，就好像是進行了一場“星際穿越”，但粒子本身并未被傳送。而我國科學(xué)家，通過“墨子號”量子衛(wèi)星，首次實現(xiàn)千公里級的量子隱形傳態(tài)。

┃應(yīng)用：量子世界的“時空穿越” 為空間量子物理學(xué)等研究奠定基礎(chǔ)

和量子密鑰分發(fā)的保密通信等實用性前景不一樣，量子隱形傳態(tài)還處于非常前沿的科學(xué)探索階段。此次我國科學(xué)家成功實現(xiàn)地星之間的量子隱形傳態(tài)，為未來開展空間量子物理學(xué)和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

未來一年將開展多項空間實驗

“墨子號”量子衛(wèi)星的設(shè)計壽命為兩年。未來一年時間，“墨子號”將進行哪些探索性的空間科學(xué)實驗?zāi)兀?/p>

量子衛(wèi)星首席科學(xué)家中科院院士潘建偉介紹，目前已經(jīng)跟奧地利、德國、意大利等國家進行合作，可能從下個月開始探索歐洲和亞洲的洲際密鑰分發(fā)的可能性。

此外，“墨子號”是處于距地球500公里軌道的低軌衛(wèi)星，單顆衛(wèi)星無法直接覆蓋全球。為了讓量子保密通信技術(shù)更好地走向?qū)嵱?，量子衛(wèi)星必須突破白天遠距離傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)24小時全天時通信，并通過像北斗衛(wèi)星一樣的“星群” 組網(wǎng)方式，構(gòu)建天地一體化的全球量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

量子衛(wèi)星首席科學(xué)家中科院院士 潘建偉：“希望在十三五末期能夠發(fā)射一顆、兩顆乃至數(shù)顆應(yīng)用型的量子實驗衛(wèi)星，然后把這個技術(shù)能夠推向極致，盡快地在一些重要的部門能夠加以應(yīng)用和推廣。”

來源：央視新聞微信公眾號（ID：cctvnewscenter）