“墨子”回答　爱因斯坦“百年之问”
2017-06-17 09:47:53   来源：   评论：0 点击：

　　从百公里到千公里，中国“墨子号”量子卫星将量子纠缠分发的世界纪录提高了一个数量级，中国科学家用严格的科学实证，回答了爱因斯坦的“百年之问”。

　　15日美国《科学》杂志以封面文章形式发布了中国“墨子号”量子卫星的重大成就，并在一份简介中将这项中国科学家独立完成的工作称为“一项里程碑式的研究”。

　　突破量子通信向实用迈进一大步

　　在《科学》杂志封面上，“墨子号”从星空向地面发出两道光，宛如两条长腿跨出一大步，也象征量子通信向实用迈进一大步。杂志刊发了中国科学技术大学教授、量子卫星项目首席科学家潘建伟等人的论文，题为《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》。

　　论文说，通过“墨子号”向地面发射光子，每对处于纠缠状态的光子中的一个发向青海德令哈站，另一个发向云南丽江站，两个地面站之间的距离达到1203公里。通过数千对量子的实验检验，发现在两个相距超过1200公里的实验站之间，量子的“纠缠效应”仍然有效。

　　要让量子通信实用化，需要实现量子纠缠的远距离分发。但量子地面传输无论通过光纤或大气都有较大信号损耗，此前国内外地面实验的分发距离一直停留在百公里量级。这是世界上首次实现千公里量级的量子纠缠，并在此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。

　　分析把科学家一直假想的实验变成了现实

　　当两个量子发生“纠缠”，一个变了，另一个也会“瞬变”，无论它们之间相隔多远。——如同“心灵感应”，这就是量子力学理论中神奇的“量子纠缠现象”。

　　近百年前，作为量子力学的开创者之一，爱因斯坦也“百思不得解”。由于当时缺乏检验能力，他认为，或许是量子理论“还不完备”。

　　一代一代的学者对这种“鬼魅般的超距作用”进行研究，但由于量子纠缠“太脆弱”，会随着光子在光纤内或地表大气中的传输距离而衰减，以往的实验只停留在百公里距离，量子纠缠仍然存在“漏洞”。

　　此次“墨子号”量子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，是一个质的飞跃。潘建伟解释，根据科学家构建的理论模型，引力会对量子纠缠产生一种退化效应。不进入千公里级别去设计实验，始终无法验证量子力学的完备性。

　　2003年开始，潘建伟团队就开始实验长距离量子纠缠。从13公里到100公里，他的团队一步一步走来，始终处于国际引领位置。最终通过太空中的“墨子号”卫星，把科学家一直假想的实验变成了现实。

　　据新华社

　　这个试验有多难

　　墨子号飞行速度

　　8公里/秒

　　1203公里

　　青海德令哈站

　　相当于在一万米高空的飞机上，向地面扔一个一个硬币，要准确投入储蓄罐狭长的投币口内，位置、角度、接收顺序需丝毫不差，而储蓄罐还在慢慢旋转中

　　云南丽江站

　　···················解读···················

　　中国领跑“第二次量子革命”

　　归功“集中力量办大事”

　　制图/方磊

　　“墨子号”最新实验成果16日在《科学》上发表时，这家国际权威学术期刊的几位审稿人断言，“毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大的影响”。

　　为什么近代科学舞台上，作为后来者的中国，如今能屡创佳绩？国内外专家的观点可以归纳为天时、人和、地利：近些年来国家高度重视科技发展，海外求学的人才资源大量回流，中国辽阔的地域也是一个特殊的优势。

　　潘建伟把量子研究的突飞猛进归功于中国“集中力量办大事”的优势：中科院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心……“墨子号”卫星的每一个部件都凝聚了各个科研机构的心血。“我在欧洲、美国、加拿大的同行，都曾有过这样的科学设想，但没有这样的团队全力支持。”潘建伟说。

　　自上世纪初量子力学理论提出以来，不断获得实验支持，催生了激光、晶体管、全球卫星定位系统等一系列改变世界面貌的重大发明，被称为“第一次量子革命”。新世纪以来，世界主要国家纷纷制定计划、投入巨资，把量子科学作为未来的战略制高点，“第二次量子革命”大幕拉开。

　　我国量子科研起步较晚，但近年来随着国家大力实施创新驱动战略，重点布局，在多个领域连续取得突破性进展，一些研究已经占据全球先机。去年年末，英国政府发布的《量子时代的技术机遇》报告中统计，中国在量子科技的论文发表上排在全球第一、专利应用排名第二。在“第二次量子革命”的起步阶段，中国异军突起进入“领跑阵营”。

　　国家战略的支持，让中国的量子科研工作者更加坚定信心。多位量子科研领军学者认为，“第二次量子革命”将带来巨大的技术和应用前景，也给我国带来了从跟随者、模仿者转变为未来信息技术引领者的重大机遇。

　　太空之中，“墨子号”仍在不知疲倦地绕地旋转。除了量子纠缠分发之外，高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等重要科学实验也在紧张顺利地进行中。潘建伟说，预计今年会有更多的科学成果陆续发布。

　　据新华社