日前，中國(guó)科學(xué)院在京召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，宣布"墨子號(hào)"量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星提前并圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標(biāo)，在國(guó)際上次成功實(shí)現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)。這是繼先前在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)千公里星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)之后，我國(guó)科學(xué)家利用"墨子號(hào)"量子衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的空間量子物理研究另外兩項(xiàng)重大突破。
圖1 “墨子號(hào)”-興隆地面站量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖
(圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng))
量子是物理里小的基本個(gè)體。它具有神奇的特性：先有多個(gè)可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有在被觀(guān)測(cè)或測(cè)量時(shí)，才會(huì)隨機(jī)地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)。“這就好比孫悟空的分身術(shù)”，量子衛(wèi)星席科學(xué)家、中科院院士潘建偉解釋道。
其次，量子具有糾纏態(tài)，意味著兩個(gè)糾纏在一起的量子就像有心電感應(yīng)的雙胞胎，不管兩個(gè)人的距離有多遠(yuǎn)，當(dāng)哥哥的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，弟弟的狀態(tài)也跟著發(fā)生一樣的變化。
根據(jù)量子的兩種狀態(tài)，量子通信分為兩種，一種是量子保密通信，能實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全的通信方式，再也不會(huì)被竊聽(tīng)和破譯;另一種是量子隱形傳態(tài)，能將粒子的未知量子態(tài)傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)而不用傳送粒子本身。“就像筋斗云一樣，實(shí)現(xiàn)瞬間傳輸。”這次量子衛(wèi)星發(fā)射，就是主要開(kāi)展星地高速量子密鑰分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)等實(shí)驗(yàn)。
圖2“墨子號(hào)”-阿里地面站量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖
(圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng))
此次實(shí)驗(yàn)的成功，是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授帶領(lǐng)的中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)取得的又一重大科研成就。潘建偉教授是Quantum Design中國(guó)子公司的長(zhǎng)期客戶(hù)，其中德國(guó)attocube公司的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)無(wú)液氦共聚焦顯微鏡設(shè)備一直在平穩(wěn)運(yùn)行，幫助潘教授科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)更多的科研目標(biāo)。
中國(guó)科大量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，潘建偉教授在了解科研情況
此次圓滿(mǎn)完成的星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)和地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，使安全通信速率比傳統(tǒng)技術(shù)提升萬(wàn)億億倍，為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)，并向空間尺度的量子物理和量子引力的實(shí)驗(yàn)探索邁出了步。同時(shí)，也標(biāo)志著我國(guó)量子通信領(lǐng)域的研究在國(guó)際上達(dá)到全面的優(yōu)勢(shì)地位。兩項(xiàng)成果已于8月10日同時(shí)在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。
參考文獻(xiàn)：
1. Satellite-to-ground quantum key distribution. Nature (2017) doi:10.1038/nature23655.
2.Ground-to-satellite quantum teleportation. Nature (2017) doi:10.1038/nature23675.
