世界首次！“墨子号”量子卫星实现千公里级量子纠缠分发

近日，潘建伟研究团队利用“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级的星地双向量子纠缠分发。据中国网报道，这项由中国科学家独立完成的研究显示，通过“墨子号”向地面发射一对处于纠缠状态的光子，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。“墨子号”实现千公里量级的量子纠缠当属世界首次，是纠缠分发技术的新突破。那么，什么是量子纠缠？“墨子号”卫星如何实现量子分发？“量子号”卫星未来将用于何处？

“墨子号”可用于开展量子通信实验研究。（蔡华伟/《人民日报》）

什么是量子纠缠？

据中国经济网报道，何谓量子？它是构成物质的最基本单元，也是能量的基本携带者，人们所熟知的分子、原子、电子、光子等微观粒子，皆是其表现形态之一。量子纠缠现象，也称量子力学非定域性，简单来说，量子纠缠即两个（或多个）粒子共同组成的量子状态。处于纠缠中的两个或多个量子相互影响，对一个粒子的测量会瞬间改变另外一个或多个粒子的状态，这被称为粒子间“鬼魅般的超距作用”。

“墨子号”如何实现量子纠缠分发？

量子纠缠非常脆弱，会随着光子在光纤内或者地表大气中的传输距离而衰减，以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离。量子纠缠“鬼魅般的超距作用”在更远的距离上是否仍然存在？这一直是科学家们想要验证的问题。

潘建伟在接受新华网采访时表示，理论上有两种途径可以扩展量子纠缠分发的距离。一种是利用量子中继，尽管量子中继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储寿命和读出效率等因素的严重制约而无法实际应用于远程量子纠缠分发。另一种是利用卫星，因为星地间的自由空间信道损耗小，在远程量子通信中比光纤更具可行性，结合卫星的帮助，可以在全球尺度上实现超远距离的量子纠缠分发。

此次验证量子纠缠有何现实意义？

据中青在线报道，“墨子号”量子科学实验卫星在千公里的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。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。（吴迪）

本文由中科院物理所副研究员罗会仟进行科学性把关。