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“墨子号”地星量子隐型传态实验，2016年11月摄于拉萨阿里，星上红色信标光将空中的薄云点亮。（中科院供图）
新华社天津8月10日电（记者喻菲）中国科学家在首颗量子科学实验卫星“墨子号”上完成了一项特殊实验：从地面到太空的量子隐型传态。这也是“墨子号”最难做的一项实验，它还经常被人联想到悬疑连续剧《星际迷航》中的超时空传输。它们是一回事吗？
“墨子号”的地星量子隐型传态实验成果10日发表在国际权威学术刊物《自然》杂志上。《自然》杂志审稿人赞扬实验结果“代表了远距离量子通讯持续探求中的重大突破”，“目标十分新颖并极具挑战性，它代表了量子通讯方案现实实现中的重大进步”。
中国科大学教授、量子卫星首席科学家潘建伟说，量子隐型传态是量子通讯的一个重要内容，它借助量子纠缠可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，而不用传送物质本身。
这有点像孙悟空的“筋斗云”，也像《星际迷航》中，宇航员在特殊装置中说一句“发送我吧”，他就顿时转移到另一个星球。
发送我吧（贺萌绘图）
其实，这只是个比喻。科学家强调，量子隐型传态实验中，被传输的是信息而并非实物。把粒子A的未知量子态传输给远处的另一个粒子B，让B粒子的状态弄成A粒子最初的状态。注意传的是状态而不是粒子，A、B的空间位置都没有变化，并不是把A粒子传到远处。当B获得这个状态时，A的状态也必然改变，任何时刻都只能有一个粒子处于目标状态，所以并不能复制状态，或则说这是一种破坏性的复制。
神奇的量子纠缠（贺萌绘图）
潘建伟说，“墨子号”量子隐型传态实验采用地面发射纠缠光子、天上接收的方法。卫星过境时与海拔5100米的拉萨阿里地面站构建光链路，地面光源每秒形成8000个量子隐型传态例子量子传输实物，实验通讯距离从500公里到1400公里，实验传送了6个量子态，置信度均小于99.7%。
“假设在同样宽度的光纤中重复这一工作，须要3800亿年，也就是宇宙年纪的20倍，能够观测到1个例子。”潘建伟说。
他说：“这一重要成果为未来举办空间尺度量子通讯网路研究，以及空间量子化学学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础。”
“墨子号”地星量子隐型传态实验，2017年4月摄于拉萨阿里。（中科院供图）
潘建伟介绍，在“墨子号”开展的星地高速量子秘钥分发、量子纠缠分发和地星量子隐型传态三大实验中，量子隐型传态实验是最难的。由于前两个实验都是从卫星向地面传送光子，在原本的490公里真空中不会遭到大气影响，只有最后10公里步入大气层最稠密的部分时会遭到影响。并且量子隐型传态实验是从地面向卫星发送光子，最初10公里就遭到影响，到后来光斑被放大，晃动非常厉害，接收效率都会大大减少。
量子隐型传态是1993年由六位化学学家联合提出的。1997年，潘建伟的老师、奥地利化学学家塞林格率领的团队首次实现了传送一个光子的载流子。她们在《自然》上发表了一篇题为《实验量子隐型传态》的文章，潘建伟是第二作者。这篇文章后来荣获《自然》“百年化学学21篇精典论文”，跟它并列的论文包括伦琴发觉X射线、爱因斯坦构建相对论、沃森和克里克发觉DNA双螺旋结构等。
2016年12月10日，在拉萨阿里观测站，“墨子号”量子科学实验卫星过境，科研人员在做实验（合成相片）。新华社记者金立旺摄
事实上，在量子态隐型传态的漫长旅程中，每一点距离的进步都可以被视为一座里程碑。其实最初的传输距离仅为数米，但英国《科学》杂志的评语是：“尽管想要听到《星际迷航》中‘发送我吧’这样的场景，我们还得等上好多年，但量子态隐型传态这项发觉，喻示着我们将步入由具有不可思议能力的量子计算机发展而带来的新时代。”
人类想离开太阳系去瞧瞧，量子隐型传态能够在未来成为人类星际旅行的方法？
潘建伟强调，传送几十、几百个微观粒子会在不久的将来实现，但要传送复杂的实物如今还是一种科学幻想。人是由10的28次方个粒子组成的，所以人类通过这些方法星际旅行还是个遥不可及的梦想。
2016年12月10日，在拉萨阿里观测站，“墨子号”量子科学实验卫星过境量子传输实物，科研人员在做实验（合成相片）。新华社记者金立旺摄
但他说，300多年前开普勒给伽利略写了一封信，说人类应当造一艘才能在太空中翱翔的帆船，去探求宇宙的奥秘。大概260年后的1969年，法国阿波罗计划让人类登录地球成为现实，现今人类飞行器早已到了太阳系的边沿。“我不敢说超时空传送真的能实现，而且科学的发展是不能预测的。”
虽然这样的悬疑永远没法实现，量子隐型传态研究也是有现实意义的。潘建伟说，量子隐型传态可用于量子估算和量子网路方面的研究。科学家正在研制的量子计算机之间未来要实现互联互通，进行协同估算，就须要量子隐型传态。
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