中國領跑量子通信研究，首次實現千公里級的量子糾纏

近日，世界首顆量子衛星「墨子號」傳回來的好消息佔據了《新科學家》、《科學》、《自然》、《光譜學》等等各大國際著名雜誌的頭條。據最新資料顯示，這個升空整整十個月的中國衛星，首次實現了 1203 公里的量子糾纏分發，象徵著量子通信向實用化邁出了一大步。

在信息化時代，1203 公里的通信距離聽起來似乎沒什麼大不了的。但是要實現這一數量級的量子通信並非易事。

從理論上來說，被愛因斯坦美譽為「鬼魅般超距作用」的量子糾纏現象就像是「心電感應」，無論兩個人，也就是兩個微粒距離有多遠，他們都能互相感應並且影響彼此。不過，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，所以以往的量子糾纏分發實驗只停留在百公里的距離——最高紀錄是十年前由奧地利、英國和德國研究人員實現的 144 公里量子傳輸距離。

為了實現遠程量子糾纏分發，以中科院院士潘建偉為代表的中國科學家團隊選擇了衛星通信作為實驗方案。研究人員表示，與光纖量子傳輸相比，結合衛星的遠程量子通信更具可行性，因為星地間的自由空間信號通道損耗較小。

據悉，量子實驗衛星「墨子號」目前在近地軌道 500 公里，以 28800 千米/小時的速度繞地球運行。而這次接收量子信號的地面站是兩地相距 1203 公里的青海德令哈和雲南麗江高美古。科學家利用每晚「墨子號」在中國上空掠過的 275 秒時間進行實驗——衛星每秒產生 800 萬個糾纏光子對，並以每秒 1 對的速度在地面兩地之間成功建立起量子糾纏狀態。此外，研究人員還發現該量子糾纏的傳輸衰減程度僅僅是同樣距離的地面光纖傳輸最低耗損的一萬億分之一，這為未來創建更遠距離的量子糾纏創造了條件。

新加坡國立大學物理學家 Alexander Ling 表示，這是一項非常具有挑戰性的任務，就好比有人在月球上擦亮一根火柴，你必須在地球用望遠鏡及時捕捉一樣難。同時這也是一項具有里程碑式意義的研究，為研究瞬時數據加密傳輸技術奠定了堅實的基礎。

雖然「墨子號」目前只能在夜間工作，但潘建偉院士表示，除了量子糾纏分發實驗外，他們還將進行包括高速星地量子密鑰分發、星地量子隱形傳態等等在內的重要科學實驗任務。預計未來五年內，推出一些真正實用的量子衛星的同時，還會發布更多量子物理學領域的科學成果。

當然，對量子糾纏這種最令人費解的量子物理學現象感興趣的不只有中國。在量子糾纏成因還未知的當下，包括澳大利亞、加拿大、美國等在內的國家也加入到研發量子衛星的隊伍中。

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