1200公里外 倆量子「心靈感應」

我國利用「墨子號」量子衛星在國際上率先成功實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發。

中國科學技術大學潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊昨日宣布，在中國科學院空間科學戰略性先導科技專項的支持下，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里級的星地雙向量子糾纏分發，並於此基礎上實現了空間尺度下嚴格滿足「愛因斯坦定域性條件」的量子力學非定域性檢驗，在空間量子物理研究方面取得重大突破。國際權威學術期刊《科學》以封面論文的形式發表了該成果，審稿人稱該成果是「兼具潛在實際應用和基礎科學研究重要性的重大技術突破」。

以往實驗只停留在百公里距離

量子糾纏被愛因斯坦稱為「鬼魅般的超距作用」，它是兩個或多個粒子共同組成的量子狀態，無論粒子之間相隔多遠，測量其中一個粒子必然會影響其他粒子，這種「心靈感應」似的神秘關聯被稱為量子非定域性，愛因斯坦稱其為「鬼魅般的遠距作用」。

量子糾纏所體現的非定域性是量子力學最神奇的現象之一，以往國際學界的量子糾纏分發實驗只停留在百公里的距離。量子糾纏在更遠的距離上是否仍然存在？會不會受到引力等其他因素的影響？中科大潘建偉等人組成的團隊聯合中科院上海技術物理研究所王建宇研究組等，利用「墨子號」量子衛星進行了實驗驗證。

此次兩個站相距1200公里

「墨子號」衛星過境時，同時與青海德令哈站和雲南麗江站兩個地面站建立光鏈路，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。在關閉局域性漏洞和測量選擇漏洞的條件下，獲得的實驗結果以4倍標準偏差違背了貝爾不等式，即在千公里的空間尺度上也存在心靈感應，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。

據介紹，這一重要成果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。

有多難：

相當於從萬米高空往地面存錢罐拋硬幣

中國「墨子號」量子衛星從星空中向地球發出的兩道光束，再次震動了全球科技界。

這到底是什麼神奇的成果，引發全球關注？從以往百公里級到千公里級，「墨子號」將量子糾纏分發的世界紀錄提高了一個數量級，被《科學》雜誌譽為里程碑式成就。

「一步千里」，對目前已有的常規通信方式來說並不稀奇，然而在量子通信領域卻罕見而珍貴。

以往由於沒有量子衛星，國內外量子通信地面實驗傳輸距離一直停留在一百公里量級。因為量子地面傳輸無論通過光纖或大氣都有較大信號損耗。改用衛星從太空中分發，可以大幅縮小信號衰減。這種方式對精度要求極高，好比從萬米高空的飛機上扔下一連串硬幣，在地面上用存錢罐接住，位置、角度、接收順序需絲毫不差。

從百公里級到千公里級，中國量子衛星的成就，讓量子通信向實用化邁進了一大步，並從技術上驗證了構建全球量子通信網路的可行性。未來，利用衛星的中轉，甚至可以實現地面上相距數千公里甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。

本次實驗成果，也是量子通信向信息安全「終極武器」方向邁出的歷史性步伐。在量子保密通信中，由於量子的不可分割、不可克隆和測不準的特性，所以一旦存在竊聽就必然會被發送者察覺並規避。

科普：

量子和量子糾纏分發

量子：物理學中常用到量子概念，它是構成物質的基本單元，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現象，處於糾纏態的兩個量子不論相距多遠都存在一種關聯，其中一個量子狀態發生改變（比如人們對其進行觀測），另一個的狀態會瞬時發生相應改變。這種「心靈感應」似的神秘關聯被稱為量子非定域性，愛因斯坦稱其為「鬼魅般的遠距作用」。

糾纏光子：光子也是一種量子，處於糾纏狀態的光子被稱為糾纏光子。

糾纏分發：就是把製備好的兩個糾纏量子分別發送到相距很遠的兩個點，通過觀察兩個點的測量結果是否符合貝爾不等式來檢驗量子糾纏的存在。這是驗證遠距離量子力學正確性和實現廣域量子網路必不可少的手段。

貝爾不等式：這是1964年由物理學家約翰·貝爾提出的一個數學不等式，在經典物理學中成立，但在量子力學中不成立，這可以驗證量子力學理論。雖然過去已有大量實驗支持量子力學，但是這些實驗設計都存在漏洞。通過無漏洞的實驗來檢驗貝爾不等式，一直是國際物理學界競爭最激烈的挑戰之一。

本組稿件據新華社 攝影 據新華社

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