科研團(tuán)隊(duì)提前一年完成三大科學(xué)目標(biāo)

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(jì)算，而量子科學(xué)研究也成為國(guó)際最前沿的探索領(lǐng)域。

2016年8月16日，由我國(guó)科學(xué)家自主研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”成功發(fā)射，瞄準(zhǔn)了量子研究領(lǐng)域最前沿的三大科學(xué)目標(biāo)：千公里級(jí)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(biāo)，科研團(tuán)隊(duì)原本預(yù)計(jì)在兩年里面完成，但沒想到一年的時(shí)間就全部完成，而這也為我國(guó)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“墨子號(hào)”的神奇使命

量子密鑰分發(fā)

通信安全是國(guó)家信息安全和人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(rèn)為是目前已知不可竊聽、不可破譯的絕對(duì)安全的通信方式。

此次科研團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)星地之間千公里級(jí)的量子密鑰分發(fā)，打破此前最遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離保密通信

由于外太空光信號(hào)損耗非常小，而且衛(wèi)星具有方便覆蓋全球的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，量子衛(wèi)星被認(rèn)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(shí)現(xiàn)地球上任意兩點(diǎn)的密鑰共享，也就意味著遙遠(yuǎn)兩地的用戶通過共享量子密鑰，就能夠?qū)崿F(xiàn)絕對(duì)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(gè)處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”，無論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子狀態(tài)變化，另一個(gè)也會(huì)改變。愛因斯坦稱之為“鬼魅般的遠(yuǎn)距作用”。

▲量子糾纏分發(fā)示意圖

中國(guó)的科學(xué)家們通過“墨子號(hào)”衛(wèi)星，從太空將一對(duì)相互“糾纏”的量子“分發(fā)”到青海德令哈和云南麗江兩個(gè)地面站，發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)相距超過1200公里的實(shí)驗(yàn)站之間，量子的“糾纏效應(yīng)”仍然有效。并通過數(shù)千對(duì)量子的實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)了這一成果。 （詳情點(diǎn)擊：厲害了！中國(guó)科學(xué)家用嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)證 回答了愛因斯坦的“百年之問”）

┃應(yīng)用：驗(yàn)證超遠(yuǎn)距離作用 為量子網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)距離通信提供實(shí)驗(yàn)手段

專家表示，在地面的兩個(gè)地點(diǎn)之間建立量子糾纏，可為未來的量子網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)距量通訊研究提供一個(gè)非常好的實(shí)驗(yàn)手段。這種技術(shù)也為未來在空間尺度檢驗(yàn)廣義相對(duì)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(shí)空穿越一直是人類的夢(mèng)想。在量子世界中，這種時(shí)空穿越的現(xiàn)象卻真的存在，而這就是“墨子號(hào)”的第三個(gè)實(shí)驗(yàn)——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(jìn)行了一場(chǎng)“星際穿越”，但粒子本身并未被傳送。而我國(guó)科學(xué)家，通過“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星，首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的量子隱形傳態(tài)。

┃應(yīng)用：量子世界的“時(shí)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(shí)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(guó)科學(xué)家成功實(shí)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(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

未來一年將開展多項(xiàng)空間實(shí)驗(yàn)

“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命為兩年。未來一年時(shí)間，“墨子號(hào)”將進(jìn)行哪些探索性的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?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(guó)、意大利等國(guó)家進(jìn)行合作，可能從下個(gè)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(hào)”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)嵱茫孔有l(wèi)星必須突破白天遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天時(shí)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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，然后把這個(gè)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(hào)（ID：cctvnewscenter）