「墨子號」實現1203公里量子糾纏，外國專家承認中國成領跑者

升空整整10個月之後，「墨子號」終於再次傳來好消息，當地時間6月15日，《科學》雜誌以封面論文形式，報道了中國「墨子號」量子衛星首次實現上千公里量子糾纏的消息，相較於此前144公里的最高量子傳輸距離紀錄，這次跨越意味著絕對安全的量子通信離實用更近了。

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空間尺度上實現「鬼魅般的超距作用」

墨子號量子科學實驗衛星

由於量子糾纏非常脆弱，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只停留在百公里的距離。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？會不會受到引力等其它因素的影響？這些基本物理問題的驗證都需要實現上千公里甚至更遠距離的糾纏分發；另一方面，要實現廣域的量子網路也自然要求遠距離的糾纏分發。

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，儘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製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。

但棘手的問題在於，糾纏態的量子會在通過空氣等介質的時候急劇衰減。所以，目前量子秘鑰的最長距離也就只有幾百公里。作為解決辦法，量子中繼器(Quantum repeaters)能夠通過放大量子信號的方式延展網路的覆蓋範圍，但這一技術尚未成熟。許多物理學家於是夢想通過衛星在幾乎真空的太空環境中傳輸量子信號。

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實驗相當於「從地面上及時看到有人在月球上擦火柴」

而在每晚僅有5分鐘的時間窗口期間之內，研究團隊要保證做到兩地可以同時接收到衛星所發出來的信號，衛星上的糾纏源載荷每秒產生800萬個糾纏光子對，建立光鏈路可以以每秒1對的速度在地面超過1200公里的兩個站之間建立量子糾纏，該量子糾纏的傳輸衰減僅僅是同樣長度最低損耗地面光纖的一萬億分之一。

但實驗操作本身並不容易，過程中，研究團隊必須克服許多障礙，例如，衛星以約每秒8公里的速度在太空中飛行，科學家需要想方設法將衛星發回的光子束聚焦在地面站上。新加坡國立大學物理學家亞歷山大?林（Alexander Ling）說：「這是一項非常具有挑戰性的任務，也非常值得嘗試。」這種方式對精度要求極高，好比有人在月球上擦一根火柴，在地面用望遠鏡必須及時捕捉到。

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五年內或出現真正實用「量子衛星」

「在接下來的5年里，我們計劃推出一些真正實用的量子衛星」潘建偉院士說，「這項工作為未來開展大尺度量子網路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。」

潘建偉團隊的成果迅速引起世界關注。美國麻省理工學院凱克極限量子信息理論中心主任塞思?勞埃德說，「這項實驗表明遠距離量子通信確實在技術上可行，讓人們看到了在不久的未來構建遠程量子通信的希望。」曾推動歐洲航天局的量子衛星研發計劃的奧地利物理學家塞林格表示，潘建偉團隊證明「中國做出了正確的決定」，「我個人認為，未來的互聯網將建立在量子理論的基礎之上」。

據了解，世界各國也在加快其量子空間實驗研髮腳步：澳大利亞的物理學家們合作一個在兩顆衛星之間發送量子信息的項目；加拿大航天局最近宣布將資助小型量子衛星的研發項目；歐洲和美國的研究團隊計劃將量子儀器帶上國際空間站。

「『墨子號』目前只能在夜間環境下工作」，潘建偉院士表示，除了量子糾纏分發實驗外，「墨子號」量子科學實驗衛星的其它重要科學實驗任務，包括高速星地量子密鑰分發、地星量子隱形傳態等，也在緊張順利地進行中，預計今年會有更多的科學成果陸續發布。他呼籲，為使我國的團隊可以繼續領跑世界，希望國家嘗試發射更多的衛星，這些衛星能夠發出更強、雜質更少的光束，甚至在陽光照射下也能檢測到，量子衛星通信的願景愈發清晰。

「這是一項重量級偉大成就」

國外專家高度評價「墨子」號實現破紀錄量子糾纏：

《新科學家》《科學》《自然》以及美國電子與電氣工程協會《光譜學》等國際著名雜誌，15日都在網站重要位置進行了報道，外國專家們對這項成就給予了高度評價。

自然科學網頭版截圖（6月16日上午）

去年8月成功進入離地500公里軌道的「墨子」號衛星，每晚都會從中國上空經過並停留大約275秒。為在這麼短時間內接收到「墨子」號發回的糾纏態光子，潘建偉團隊利用建在青海德令哈、雲南麗江和新疆南山的三台光學望遠鏡，實時監測地球大氣的風雲變幻，並濾掉月光和城市燈光，排除對糾纏光子的干擾。現在，他們在相距1203公里的德令哈和麗江，成功測量到從「墨子」號發回的1000對相互糾纏的光子，刷新了量子糾纏的距離紀錄。

奧地利維也納大學量子物理學專家安東·塞林格認為，這是一項非常重要的成就，證明中國已經真正掌握了從衛星到地面的量子糾纏分發技術，向實現全球範圍安全量子通信甚至量子網路邁出了重要的第一步。塞林格一直在致力於推動歐洲發射自己的量子衛星，並認為潘建偉團隊的論文證明，中國發射「墨子」號的選擇完全正確。

加拿大滑鐵盧大學物理學家托馬斯·詹內懷恩稱讚道，這是一項重量級偉大成就，中國人開創了一個全新領域，並大膽嘗試後成功實現了。「很明顯中國在量子衛星方面已經成為世界領跑者，我們加拿大團隊和其他國家的同行在量子通信技術領域只能當努力追趕者了。」

巴黎南部大學量子通信物理學家弗雷德里克·格羅斯漢斯表示，糾纏粒子是實現量子通信的重要「機器」，這次成功表明，藉助衛星人類已經能實現地球上任意兩地間的量子保密通信。

註：文中圖片除註明外均來自網路

編輯：朱麗

審核：管晶晶

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