中國實(shí)現(xiàn)千公里級量子糾纏 這個成果將來有什么用？

新華社華盛頓6月15日電（記者林小春黃堃）中國科學(xué)家在國際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級的量子糾纏分發(fā)，相關(guān)論文成為新一期美國《科學(xué)》雜志的封面文章。這項(xiàng)成果究竟有多“牛”？國內(nèi)外多位專家進(jìn)行了解讀。

問：這個成果的內(nèi)容是什么？

潘建偉（量子衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家）：“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級的量子糾纏分發(fā)，并在此基礎(chǔ)上首次實(shí)現(xiàn)空間尺度嚴(yán)格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)，為未來開展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實(shí)驗(yàn)研究，以及開展外太空廣義相對論、量子引力等物理學(xué)基本原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。　

問：量子糾纏分發(fā)是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

彭承志（量子衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師）：“墨子號”衛(wèi)星運(yùn)行在500公里高的軌道上，衛(wèi)星上的糾纏源設(shè)備每秒產(chǎn)生800萬個糾纏光子對。衛(wèi)星經(jīng)過中國上空時，同時與青海德令哈站和云南麗江站兩個地面站建立光鏈路，跟瞄精度達(dá)到0．4微弧度，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的糾纏分發(fā)。我們以每秒1對的速度在地面超過1200公里的這兩個站之間建立兩個光子的量子糾纏，該量子糾纏的傳輸衰減僅僅是同樣距離地面光纖的一萬億分之一。

問：為什么要用衛(wèi)星開展量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)？

彭承志：量子糾纏非常脆弱，會隨著光子在光纖內(nèi)或者地表大氣中的傳輸距離增加而衰減，以往的量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)只停留在100公里級的物理距離。星地量子糾纏分發(fā)作為“墨子號”衛(wèi)星的主要科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)之一，是國際上首次在空間尺度上開展的量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)。

亞歷山大·謝爾吉延科（美國波士頓大學(xué)量子技術(shù)專家）：使用移動衛(wèi)星覆蓋全球距離的量子通信，已經(jīng)成為現(xiàn)代量子光學(xué)和量子信息研究一個非?；钴S的領(lǐng)域。這項(xiàng)技術(shù)需要發(fā)射衛(wèi)星，需要與常規(guī)天文觀測望遠(yuǎn)鏡很大不同的衛(wèi)星跟蹤地面站。這同時是技術(shù)能力的挑戰(zhàn)和示范。

問：這個實(shí)驗(yàn)創(chuàng)下了什么樣的紀(jì)錄？

托馬斯·延內(nèi)魏因（加拿大滑鐵盧大學(xué)量子技術(shù)專家）：他們報(bào)告了迄今觀察到的最大距離的量子糾纏，超過1200公里，這是一個新的記錄。第一個在實(shí)驗(yàn)室之外做的量子糾纏實(shí)驗(yàn)是在1998年，距離為米級，當(dāng)時被視為“令人驚嘆”；2007年，這個距離增至144公里；而現(xiàn)在他們證明量子糾纏能超過1000公里。

塞思·勞埃德（美國麻省理工學(xué)院量子技術(shù)專家）：這項(xiàng)工作是糾纏分發(fā)技術(shù)的一個真正突破。通過分發(fā)源于衛(wèi)星的高精度糾纏源的糾纏光子，這些作者在相隔1200公里的兩個光子之間建立起糾纏狀態(tài)，這個距離的量級遠(yuǎn)高于之前的實(shí)驗(yàn)?！　枺喝绾慰催@個實(shí)驗(yàn)的意義？

塞思·勞埃德：這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明遠(yuǎn)距離量子通信確實(shí)在技術(shù)上可行，讓人們看到了在不久的未來構(gòu)建遠(yuǎn)程量子通信的希望。

彭承志：在關(guān)閉局域性漏洞和測量選擇漏洞的條件下，獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以4倍標(biāo)準(zhǔn)偏差違背了貝爾不等式，在千公里距離上驗(yàn)證了量子力學(xué)的正確性。

謝爾吉延科：這是驗(yàn)證量子力學(xué)有效性的又一個決定性步驟。這個結(jié)果對現(xiàn)代量子物理學(xué)發(fā)展的影響無論怎樣評價都不為過。這是第一次演示，將來可能會有許多研究團(tuán)隊(duì)使用現(xiàn)代技術(shù)解決方案改善運(yùn)行參數(shù)，但這個實(shí)驗(yàn)始終將是世界第一個成果。

問：如何評價中國科研人員？

托馬斯·延內(nèi)魏因：國際上確實(shí)存在量子科研競賽。這個中國團(tuán)隊(duì)已克服了好幾個重大技術(shù)與科學(xué)挑戰(zhàn)，清楚地表明了他們在量子通信領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。自2000年以來，我一直從事這個方面的研究工作，因此我可以很好地證明這個中國團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)出的勇氣、奉獻(xiàn)和技巧。

謝爾吉延科：這是一個英雄史詩般的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橛性S多不利因素可能破壞這個里程碑式實(shí)驗(yàn)中光子糾纏的量子性質(zhì)，這對研究人員很不利。中國研究人員的技巧、堅(jiān)持和對科學(xué)的奉獻(xiàn)應(yīng)該得到最高的贊美與承認(rèn)。

問：這是“墨子號”的最大成果嗎？

彭承志：這是量子衛(wèi)星上天以來迄今為止的最大成果，除了量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)外，“墨子號”的其他科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，包括高速星地量子密鑰分發(fā)、地星量子隱形傳態(tài)等，也在緊張進(jìn)行中，預(yù)計(jì)今年會有更多的科學(xué)成果陸續(xù)發(fā)布。

問：這個成果將來有什么用？

彭承志：最直接的一個應(yīng)用，基于所實(shí)現(xiàn)的千公里糾纏分發(fā)，可以在兩地之間直接建立安全密鑰，這是目前無需借助可信中繼，在千公里的距離建立安全量子密鑰的唯一方式；另一個直接的應(yīng)用是利用糾纏分發(fā)來實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)方案，用于量子態(tài)的遠(yuǎn)程制備和操縱，在分布式量子網(wǎng)絡(luò)中非常有用。

問：下一步目標(biāo)是什么？

彭承志：下一步我們要在提升衛(wèi)星的覆蓋范圍上攻關(guān)，通過高軌衛(wèi)星或者“量子星座”網(wǎng)絡(luò)的方式，解決目前只能在地影區(qū)工作的限制，最終能夠?qū)崿F(xiàn)全天時的量子通信網(wǎng)絡(luò)。（完）