实验示意图（研究团队供图）
日前，中国科学技术学院潘建伟教授及朋友彭承志、陈宇翱、印娟等借助“墨子号”量子科学实验卫星，首次实现了月球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输。2012年，潘建伟团队在国际上首次实现百余公里自由空间量子隐型传态，10年后，她们成功实现了十倍的突破，创造了量子态传输的新世界纪录。
远距离量子态传输一般借助量子隐型传态来实现。通过远距离量子纠缠分发的辅助，量子态可通过检测再构建的方法完成远距离的传输，传输距离在理论上可以是无穷远。但在现实中，量子纠缠分发的距离和品质会遭到信道耗损、消相干等诱因的影响。而在外太空，真空环境对光的传输几乎没有衰减，也没有退相干效应。为此，将单光子或纠缠光子对传出大气层，配合星载平台技术和光束精确定位技术，就有可能实现自由空间的远距离量子通讯，“墨子号”量子科学实验卫星便为远距离量子通讯提供了实现的机会。
“本次实验首先通过‘墨子号’卫星上的纠缠源向相距1200公里的两个地面站昆明拉萨站和山东德令哈站分发纠缠，拉萨站作为量子态的制备和发送方，德令哈站作为接收方，借助两地共享的纠缠，再结合基于双光子路径-偏振光混和纠缠态的量子隐型传态方案，最终完成了超千公里的远程量子态的传输验证。”中国科学技术学院苏州研究院院长印娟说。
因为大气紊流的影响，光子在大气信道中传播后，实现基于量子干涉的量子态检测是十分困难的。“为了克服远距离紊流大气传输后的量子光干涉困局，团队借助光学一体化粘接技术实现了具有超高稳定性的光干涉仪，传输可以常年稳定。”印娟告诉记者，本次实验还对6种典型的量子态进行了验证，发觉平均传送保真度均赶超了精典极限，创下目前地表量子态传输的新纪录。
2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，这是我国量子科学实验卫星工程的重要一步。该工程还建设了包括南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通讯地面站和阿里量子隐型传态实验站在内的地面科学应用系统，与量子卫星共同构成天地一体化量子科学实验系统。利用该工程，潘建伟研究团队相继取得了大量研究突破。
2017年8月12日量子传输 设备，团队在国际上首次成功实现千公里级的星地单向量子通讯，为建立覆盖全球的量子保密通讯网路奠定了坚实的科学和技术基础。同年9月29日，世界首列量子保密通讯干线“京沪干线”与“墨子号”科学实验卫星进行天地链路，成功实现了洲际量子保密通讯，标志着我国在全球已建立出首个天地一体化广域量子通讯网路雏型。2018年1月，团队在中国和俄罗斯之间首次实现距离达7600公里的洲际量子秘钥分发，并借助共享秘钥实现加密数据传输和视频通讯，标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通讯的能力。2020年6月15日，“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子秘钥分发，除了将往年地面无中继量子秘钥分发的空间距离提升了一个数目级，但是通过数学原理确保了虽然在卫星被他方控制的极端情况下，仍然才能实现安全的量子秘钥分发。
“得益于‘墨子号’卫星平台，我们可以克服指数级下降的大气衰减，陆续突破了链路效率的限制和光子自由空间远程传输干涉等技术，实现了无中继纠缠量子秘钥分发和量子态远程态传输。随着地面站也在升级改建中不断精益求精，我们得以充分发挥这颗卫星的潜力，举办扩充实验并取得挺好的结果。”印娟觉得量子传输 设备，目前的研究成果使自由空间量子通讯向实现更复杂的量子信息任务迈向，也为我国在未来建立出全球化天地一体的量子信息处理和量子通讯网路奠定了重要基础，有助于我国在量子通讯技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提高。