震驚世界的里程碑式突破！
6月16日，我國(guó)科學(xué)家利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國(guó)際上率先成功實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)的星地雙向量子糾纏分發(fā)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了空間尺度下嚴(yán)格滿足“愛(ài)因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)。為未來(lái)開(kāi)展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實(shí)驗(yàn)研究，以及開(kāi)展外太空廣義相對(duì)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)。
6月15日發(fā)布的美國(guó)《科學(xué)》雜志封面上，“墨子號(hào)”從星空向地面發(fā)出兩道光，宛如兩條長(zhǎng)腿向前邁出一大步，這也象征著量子通信向?qū)嵱妙I(lǐng)域邁出一大步。文章中寫道，中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了從太空到地面的長(zhǎng)距離光子運(yùn)輸。科學(xué)家們通過(guò)“墨子號(hào)”分別向青海德令哈站和云南麗江站發(fā)射光子，兩個(gè)地面站相距1203公里。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)打破了143公里的傳輸記錄。以往由于沒(méi)有量子衛(wèi)星，國(guó)內(nèi)外量子通信地面實(shí)驗(yàn)傳輸距離一直停留在一百公里量級(jí)。因?yàn)榱孔拥孛鎮(zhèn)鬏敓o(wú)論通過(guò)光纖或大氣都有較大信號(hào)損耗。改用衛(wèi)星從太空中分發(fā)，可以大幅縮小信號(hào)衰減。這種方式對(duì)精度要求極高，好比從萬(wàn)米高空的飛機(jī)上扔下一連串硬幣，在地面上用存錢罐接住，位置、角度、接收順序需絲毫不差。
雜志稱，中國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)的千公里級(jí)量子糾纏是“一項(xiàng)里程碑式的研究”、“毫無(wú)疑問(wèn)將在學(xué)術(shù)界和廣大社會(huì)公眾中產(chǎn)生巨大影響”。
絕對(duì)保密的通信 想偷窺中國(guó)的秘密將不可能
量子，可謂世界上最玄妙的東西。量子衛(wèi)星，運(yùn)用的最基本的原理，就是神一樣的量子疊加和量子糾纏現(xiàn)象。啥叫量子疊加原理？就是如果人不觀測(cè)量子，量子可能滿世界都是。但是，只要人一觀測(cè)它，它馬上隨機(jī)呈現(xiàn)出固定的形態(tài)。量子糾纏是一種奇特的量子力學(xué)現(xiàn)象。兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的量子無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子變化必然導(dǎo)致另一個(gè)量子的連鎖反應(yīng)。技術(shù)當(dāng)前最大的運(yùn)用，就是量子通信，一種是量子保密通信（量子密鑰分發(fā)）；另外一種是量子隱形傳態(tài)。傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星使用無(wú)線電波傳輸信號(hào)，而量子通信衛(wèi)星使用的則是一種結(jié)晶體，這種結(jié)晶體可以產(chǎn)生一對(duì)相互糾纏的光子。這對(duì)光子即使相距遙遠(yuǎn)，其屬性仍然會(huì)糾纏在一起，而信號(hào)就能通過(guò)操作這些屬性來(lái)傳輸。
這是一種全新的通信方式，做任何手腳都會(huì)被察覺(jué)出來(lái)。正因如此，利用量子通信溝通的雙方可以放心地進(jìn)行秘密交流，而不需要擔(dān)心被竊聽(tīng)。量子保密通訊是最安全的通訊。為什么？因?yàn)樗拿荑€，是量子。本來(lái)量子是化身千千萬(wàn)，一旦有人想動(dòng)一下量子密鑰，哪怕是看一眼，無(wú)處不在的量子，就停滯成固態(tài)了，馬上就會(huì)被人發(fā)現(xiàn)。所以，到那時(shí)，想竊取我們國(guó)家的秘密，門都沒(méi)有。量子隱形傳態(tài)，則是利用了量子糾纏的原理，通過(guò)隱形傳輸實(shí)現(xiàn)信息傳遞?，F(xiàn)在信息傳遞，總要通過(guò)電波或某種載體，而量子信息傳遞則不需要，這一邊量子一動(dòng)，另外一個(gè)糾纏中的量子也隨之而動(dòng)，其中的關(guān)聯(lián)沒(méi)有任何載體，如果有，那可能是“鬼”。而鬼，既觀測(cè)不到，也無(wú)法捕捉，因此，更不可能泄露一點(diǎn)秘密。
▲ 處于糾纏狀態(tài)的兩個(gè)量子不論相距多遠(yuǎn)，都存在一種關(guān)聯(lián)。
他國(guó)還在喋喋不休，中國(guó)已經(jīng)默默收獲
研究人員一直想要遠(yuǎn)距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子糾纏。但是，質(zhì)子在穿越空氣和光纖時(shí)，會(huì)被分散、吸收，量子糾纏的距離一直無(wú)法得到突破。這次，中國(guó)科學(xué)家在三個(gè)量子通信地面站間，利用“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)了量子糾纏，每個(gè)地面站間都相距1000公里以上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)格滿足“愛(ài)因斯坦定域性條件”的量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的成功，使得安全通信成為可能，也為未來(lái)展開(kāi)更大尺度的實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。
▲ “墨子號(hào)”發(fā)射升空
去年8月份，中國(guó)成功發(fā)射全球首顆量子通信衛(wèi)星“墨子號(hào)”。研究人員希望，通過(guò)這顆衛(wèi)星，利用量子技術(shù)將信息從太空傳輸?shù)降厍?。這種技術(shù)很多國(guó)家的科學(xué)家們都在研究。
但是，來(lái)自外界的質(zhì)疑從未平息。發(fā)射前，就有人質(zhì)疑中國(guó)的量子衛(wèi)星能否工作。還有學(xué)者認(rèn)為中國(guó)發(fā)射的動(dòng)機(jī)之一是要與美國(guó)抗衡。美國(guó)國(guó)防部還曾警告，量子通信技術(shù)能讓中國(guó)在未來(lái)某一刻危機(jī)發(fā)生時(shí)，杜絕競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手動(dòng)用任何太空裝備的可能。不過(guò)，有美國(guó)媒體曾指出，美國(guó)對(duì)中國(guó)在量子技術(shù)上領(lǐng)先所展現(xiàn)的態(tài)度，是傲慢的表現(xiàn)。實(shí)際上，來(lái)自加拿大、日本、意大利、新加坡等國(guó)的研究人員都有透露，有在太空中進(jìn)行量子實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃，包括一個(gè)提議在國(guó)際空間站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃。而在過(guò)去兩年間，中國(guó)的研究人員一直在試驗(yàn)，以證實(shí)在遠(yuǎn)距離內(nèi)，量子糾纏是可以實(shí)現(xiàn)的。在他國(guó)還在對(duì)中國(guó)的實(shí)驗(yàn)喋喋不休時(shí)，中國(guó)已經(jīng)默默取得成就。
進(jìn)擊科學(xué)巔峰，中國(guó)人靠自己！
還記得96年的臺(tái)海危機(jī)嗎？當(dāng)時(shí)中國(guó)舉行了規(guī)模浩大的軍演，卻在演習(xí)中，中國(guó)兩枚導(dǎo)彈完全失去了目標(biāo)，這是因?yàn)槊绹?guó)關(guān)閉了GPS導(dǎo)航，同樣，今天你手機(jī)上的GPS導(dǎo)航與定位，美國(guó)依舊可以輕松關(guān)閉。但有了天宮二號(hào)里的冷原子鐘，3000萬(wàn)年誤差僅為一秒，可以大幅度提高中國(guó)北斗的精度，我們?cè)俨挥檬苤朴谌恕?/span>
附：關(guān)于量子和量子糾纏分發(fā)
量子：物理學(xué)中常用到量子概念，它是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。
量子糾纏：這是一種奇怪的量子力學(xué)現(xiàn)象，處于糾纏態(tài)的兩個(gè)量子不論相距多遠(yuǎn)都存在一種關(guān)聯(lián)，其中一個(gè)量子狀態(tài)發(fā)生改變（比如人們對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)），另一個(gè)的狀態(tài)會(huì)瞬時(shí)發(fā)生相應(yīng)改變。這種“心靈感應(yīng)”似的神秘關(guān)聯(lián)被稱為量子非定域性，愛(ài)因斯坦稱其為“鬼魅般的遠(yuǎn)距作用”。
糾纏光子：光子也是一種量子，處于糾纏狀態(tài)的光子被稱為糾纏光子。
糾纏分發(fā)：就是把制備好的兩個(gè)糾纏量子分別發(fā)送到相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)點(diǎn)，通過(guò)觀察兩個(gè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果是否符合貝爾不等式來(lái)檢驗(yàn)量子糾纏的存在。這是驗(yàn)證遠(yuǎn)距離量子力學(xué)正確性和實(shí)現(xiàn)廣域量子網(wǎng)絡(luò)必不可少的手段。
貝爾不等式：這是1964年由物理學(xué)家約翰·貝爾提出的一個(gè)數(shù)學(xué)不等式，在經(jīng)典物理學(xué)中成立，但在量子力學(xué)中不成立，這可以驗(yàn)證量子力學(xué)理論。雖然過(guò)去已有大量實(shí)驗(yàn)支持量子力學(xué)，但是這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都存在漏洞。通過(guò)無(wú)漏洞的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)貝爾不等式，一直是國(guó)際物理學(xué)界競(jìng)爭(zhēng)最激烈的挑戰(zhàn)之一。
從百公里級(jí)到千公里級(jí)，中國(guó)量子衛(wèi)星的成就，讓量子通信向?qū)嵱没~進(jìn)了一大步，并從技術(shù)上驗(yàn)證了構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的可行性。未來(lái)，利用衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)地面上相距數(shù)千公里甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。目前量子通信的一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是，如何在白天有大量光量子的情況下分辨并接收到量子衛(wèi)星的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)量子通信?！澳犹?hào)”衛(wèi)星的其他重要科學(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，也在緊張順利地進(jìn)行中，預(yù)計(jì)今年會(huì)有更多科學(xué)成果陸續(xù)發(fā)布。
