首次实现千公里量级量子纠缠分发
中国量子卫星“一步跨越千里”
楚天金报讯 图为：2016年12月10日，在西藏阿里观测站，“墨子号”量子卫星过境，科研人员在做实验 合成照片
据新华社电 中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队16日宣布，在中科院空间科学战略性先导科技专项的支持下，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先成功实现了千公里量级的星地双向量子纠缠分发，并于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，在空间量子物理研究方面取得重大突破。
国际权威学术期刊《科学》以封面论文的形式发表了该成果，审稿人称该成果是“兼具潜在实际应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”。15日发布的《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。
这篇题为《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》的论文说，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。这是世界上首次实现千公里量级的量子纠缠。
《科学》杂志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”。论文审稿人认为，这一成果是“兼具潜在实际应用和基础科研重要性的重大技术成就”、“毫无疑问将在学术界和广大社会公众中产生非常巨大的影响”。
据介绍，这一重要成果为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。“墨子号”科学应用系统总设计师彭承志说，这是量子卫星上天以来迄今为止发布的最大成果。潘建伟表示，这项工作为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究，以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。
啥是量子纠缠分发？ 为两地间量子“连通WIFI”
量子纠缠是奇特的量子力学现象。通俗地说，两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”，无论相隔多远，一个量子状态变化，另一个也会改变。爱因斯坦称之为“鬼魅般的远距作用”。
量子纠缠分发，就是将一对有“感应”的量子分置于两地。这尤其适用于保密通信，在此基础上的量子通信技术被誉为信息安全“终极武器”。
远程分发有多难？ 好比接万米高空抛下的硬币
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。解决这个问题的一个有效办法就是利用卫星向地面分发。作为世界首颗量子科学实验卫星，“墨子号”星地纠缠分发的传输衰减仅是同样距离地面衰减的万亿分之一。但这种方式对精度要求极高，好比从万米高空飞机上扔下一连串硬币，在地面用存钱罐接住。
将来有什么用处？ 远距离直接建安全密钥
据彭承志介绍，这个成果最直接的一个应用，基于所实现的千公里纠缠分发，可以在两地之间直接建立安全密钥，这是目前无需借助可信中继，在千公里的距离建立安全量子密钥的唯一方式；另一个直接的应用是利用纠缠分发来实现量子隐形传态方案，用于量子态的远程制备和操纵，在分布式量子网络中非常有用。
下一步，将在提升卫星的覆盖范围上攻关，通过高轨卫星或者“量子星座”网络的方式，解决目前只能在地影区工作的限制，最终能够实现全天时的量子通信网络。（据新华社电）
