世界首次！“墨子號”量子衛星實現千公裡級量子糾纏分發

近日，潘建偉研究團隊利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在國際上率先成功實現了千公裡級的星地雙向量子糾纏分發。據中國網報道，這項由中國科學家獨立完成的研究顯示，通過“墨子號”向地面發射一對處於糾纏狀態的光子，一個發向青海德令哈站，另一個發向雲南麗江站，兩個地面站之間的距離達到1203公裡。“墨子號”實現千公裡量級的量子糾纏當屬世界首次，是糾纏分發技術的新突破。那麼，什麼是量子糾纏？“墨子號”衛星如何實現量子分發？“量子號”衛星未來將用於何處？

“墨子號”可用於開展量子通信實驗研究。（蔡華偉/《人民日報》）

什麼是量子糾纏？

據中國經濟網報道，何謂量子？它是構成物質的最基本單元，也是能量的基本攜帶者，人們所熟知的分子、原子、電子、光子等微觀粒子，皆是其表現形態之一。量子糾纏現象，也稱量子力學非定域性，簡單來說，量子糾纏即兩個（或多個）粒子共同組成的量子狀態。處於糾纏中的兩個或多個量子相互影響，對一個粒子的測量會瞬間改變另外一個或多個粒子的狀態，這被稱為粒子間“鬼魅般的超距作用”。

“墨子號”如何實現量子糾纏分發？

量子糾纏非常脆弱，會隨著光子在光纖內或者地表大氣中的傳輸距離而衰減，以往的量子糾纏分發實驗隻停留在百公裡的距離。量子糾纏“鬼魅般的超距作用”在更遠的距離上是否仍然存在？這一直是科學家們想要驗証的問題。

潘建偉在接受新華網採訪時表示，理論上有兩種途徑可以擴展量子糾纏分發的距離。一種是利用量子中繼，盡管量子中繼的研究在近些年已取得了系列重要突破，但是目前仍然受到量子存儲壽命和讀出效率等因素的嚴重制約而無法實際應用於遠程量子糾纏分發。另一種是利用衛星，因為星地間的自由空間信道損耗小，在遠程量子通信中比光纖更具可行性，結合衛星的幫助，可以在全球尺度上實現超遠距離的量子糾纏分發。

此次驗証量子糾纏有何現實意義？

據中青在線報道，“墨子號”量子科學實驗衛星在千公裡的空間尺度上實現了嚴格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學非定域性檢驗。這一重要成果為未來開展大尺度量子網絡和量子通信實驗研究，以及開展外太空廣義相對論、量子引力等物理學基本原理的實驗檢驗奠定了可靠的技術基礎。（吳迪）

本文由中科院物理所副研究員羅會仟進行科學性把關。