科研團隊提前一年完成三大科學目標

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

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

量子衛星首席科學家中科院潘建偉院士介紹，這三大科學目標，科研團隊原本預計在兩年里面完成，但沒想到一年的時間就全部完成，而這也為我國繼續引領世界量子通信技術發展奠定了堅實的基礎。

“墨子號”的神奇使命

量子密鑰分發

通信安全是國家信息安全和人類經濟社會生活的基本需求，與經典通信不同，由于量子具有不可分割和不可復制等特性，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星地之間千公里級的量子密鑰分發，打破此前最遠記錄，并大幅提升密鑰的傳輸效率。

┃應用：通過量子衛星 實現遠距離保密通信

由于外太空光信號損耗非常小，而且衛星具有方便覆蓋全球的獨特優勢，量子衛星被認為是建立全球量子保密通信網的關鍵技術基礎。量子衛星首席科學家中科院潘建偉院士介紹，以星地量子密鑰分發為基礎，將衛星作為中繼，可以實現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，就能夠實現絕對安全的保密通信。

量子糾纏分發

量子糾纏是奇特的量子力學現象。通俗地說，兩個處于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”。

▲量子糾纏分發示意圖

中國的科學家們通過“墨子號”衛星，從太空將一對相互“糾纏”的量子“分發”到青海德令哈和云南麗江兩個地面站，發現在兩個相距超過1200公里的實驗站之間，量子的“糾纏效應”仍然有效。并通過數千對量子的實驗，檢驗了這一成果。 （詳情點擊：厲害了！中國科學家用嚴格的科學實證 回答了愛因斯坦的“百年之問”）

┃應用：驗證超遠距離作用 為量子網絡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，可為未來的量子網絡和遠距量通訊研究提供一個非常好的實驗手段。這種技術也為未來在空間尺度檢驗廣義相對論，為未來探索物理學的領域提供一種很好的技術手段。

量子隱形傳態

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。

量子隱形傳態，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。而我國科學家，通過“墨子號”量子衛星，首次實現千公里級的量子隱形傳態。

┃應用：量子世界的“時空穿越” 為空間量子物理學等研究奠定基礎

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

未來一年將開展多項空間實驗

“墨子號”量子衛星的設計壽命為兩年。未來一年時間，“墨子號”將進行哪些探索性的空間科學實驗呢？

量子衛星首席科學家中科院院士潘建偉介紹，目前已經跟奧地利、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的可能性。

此外，“墨子號”是處于距地球500公里軌道的低軌衛星，單顆衛星無法直接覆蓋全球。為了讓量子保密通信技術更好地走向實用，量子衛星必須突破白天遠距離傳輸的關鍵技術，實現24小時全天時通信，并通過像北斗衛星一樣的“星群” 組網方式，構建天地一體化的全球量子保密通信網絡。

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

來源：央視新聞微信公眾號（ID：cctvnewscenter）