【尖端】厉害了我的国!中国率先实现千公里级量子纠缠分发

  记者|潘毅王利 编辑|佟亚涛

  我国科学家近日在空间量子物理研究方面取得重大突破,利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先实现了千公里级的量子纠缠分发。相比此前144公里的量子传输距离纪录,这次跨越意味着量子通信又进一步贴近了实用。

  以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里

  量子纠缠指的是两个(或多个)粒子共同组成的量子状态,无论粒子之间相隔多远,测量其中一个粒子必然会影响其它粒子,但是由于量子纠缠非常脆弱,会随着光子在光纤内或者地表大气中的传输距离而衰减。中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍说,以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离。

  潘建伟:要做这种事情啊是非常困难的,因为呢在光纤里面传输信号的时候,大概你的传送就是一千公里的时候,大概每秒钟啊只能传送10的负12次方的光子,而且在地面自由空间传递的时候又会受到地面的障碍物、地表区域的影响。

  我国率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发

  近日,潘建伟研究团队利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发。

  潘建伟:由于外太空没有衰减和退相干,我们在卫星的帮助之下首次实现了超过一千两百公里的量子纠缠分发。正因为有这么好的一个技术的进步之后,我们首次实现了空间尺度的能够严格满足爱因斯坦定性条件的量子力学规律性检验。

  这一重要成果为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究,以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。相关成果以封面论文的形式发表在国际权威学术期刊《科学》杂志上。

  潘建伟:有了这个技术之后,它本质上是有两个潜在的应用,第一个应用呢将来因为在大尺度的量子网络里面、和量子通信实验里面,这样一种技术呢都是非常必要的。同时,因为有了这个技术,我们就可以在外太空开展量子非定域性的终极检验。

  “墨子”卫星:还有别的实验任务

  这次完成的星地量子纠缠分发是“墨子”卫星的三大科学实验任务之一,“墨子号”还肩负着其它重要科学实验任务,包括高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等。潘建伟透露:

  潘建伟:按照我们的科学实验任务的安排,其实我们是有三项任务。我们高速星地量子密钥分发的实验和地星量子隐形传态的科学实验任务进展顺利,预计会在今年稍后的会有更多的科学成果发布。

  划重点:这个成果到底有多牛?“英雄史诗般”成就

  这次完成的星地量子纠缠分发是“墨子”卫星的三大科学实验任务之一,“墨子

  当两个量子发生“纠缠”,一个变了,另一个无论相隔多远也会瞬间变化,就好像是“心灵感应”,这就是“量子纠缠”。而量子纠缠分发,就是把一对有“感应”的量子分别放置在两个地方,生成一串只有两边知道的随机数,然后用这个随机数来加密。这具有非常广阔的应用前景,其中最重要的要属防范黑客、提升保密的安全等级。

  不过,量子通过光纤、空气时会衰减。所以,目前量子纠缠分发的最长距离也就144公里。而“墨子号”在相距1203公里的青海德令哈站和云南丽江站之间实现量子纠缠分发,一下把纪录提高到了千公里量级。这种方式对精度要求极高,好比是从一万米的高空飞机上扔下一连串硬币,在地面用存钱罐接住,可见难度之大。

  这一重要成果表明远距离量子通信在技术上确实可行,同时也为开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。

  中国在量子通信方面的研究再次震撼世界。《科学》杂志几位审稿人称赞这项成果是“兼具潜在现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”,并且断言“绝对毫无疑问这将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。

  美国波士顿大学量子技术专家谢尔吉延科更是称赞“这是一个英雄史诗般的实验”,“中国研究人员的技巧、坚持和对科学的奉献应该得到最高的赞美与承认。”

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2017-06-17 13:18 阅读:2