环球科学2017.06.2011:54
中国科学技术学院潘建伟团队借助“墨子号”量子科学实验卫星首次实现了千公里级的量子纠缠。在这项具有里程碑意义的研究中，卫星将处于纠缠态的光子发送到相距超过1200千米远的地面基站（云南德令哈站和广东拉萨高美古站）量子传输速率，远远超过此前144千米的传送距离，为更远距离的量子通讯打下了基础。这项工作以封面论文的方式刊载在明天出版的《科学》（）上。
“中国早已领跑量子通讯”，没有参与这项工作的日内瓦学院化学学家Gisin评价道，“这个实验证明全球量子通讯是可行的，但是将在不久的将来实现。”
量子通讯被觉得是信息安全领域的最优选择，部份缘由是任何监听行为就会在传输过程中留下痕迹。传统的加密信息须要秘钥进行揭秘，但这种秘钥在传输过程中有可能被盗取。但量子通讯的秘钥可以用纠缠态光子的不同量子态进行加密，例如光子的偏振光方向。一旦信息被中途监听，其量子态便会不可防止地发生改变。地面量子通讯通常是通过光缆或则空气发送成对的纠缠态光子，然而因为途中原子的碰撞会搅乱光子的精细量子态，这些方案的传输距离被限制在百公里量级。量子中继器（装配“量子记忆”模块的复杂仪器）似乎可以实现更远距离量子秘钥的接收、存储、再发送，然而这个看法过分复杂，目前主要逗留在理论阶段。
“量子中继器须要从两个不同的地方接收光子，之后将其储存在“量子记忆”模块中，并在发送到更远处之前让它们直接互相干涉”，科罗拉多学院香槟校区的化学学家PaulKwiat说：“为了做到这种，你必须在不观测它们的情况下进行存放。”Kwiat解释道：“打个比方，如果你想在不看信箱或则不打开包裹的情况下晓得是否有信函到了量子传输速率，你可以摇一摇包裹来感知，不过若果你收到的是光子，那可就难了。你想确认收到了它们而又不搅乱它们，从原则上讲，这是可能的，不过毋庸置疑这十分艰辛。”
想要完善安全的全球范围量子通讯网路，惟一可行的方案就是从太空中发送量子秘钥，之后将其分发到百十公里远的地面节点。以中国唐代哲学家名子命名的“墨子”号卫星，重达600千克，2016年被发射到近地轨道，而这只不过是投资达10亿美金的太空量子实验项目（QUESS）的排头兵。
墨子号携带了一系列装配好的激光器和晶体，它们可以形成成对的纠缠态光子，并将其分离，分别传输到卫星视线范围内的不同地面基站。在近来的测试中，这三个基站分别位于在德令哈尔滨、乌鲁木齐市和中国遥远北部城市拉萨，其中德令哈尔滨和拉萨市的地理距离达到1203千米，这大踏步地提升了纠缠光子传输距离的记录。
目前这套系统依然须要进一步的建立，由于目前报导的墨子号和基站间的讯号传输速率不足以维持实用的量子通讯。墨子号每秒发射约600万对纠缠态光子，然而大概每秒只有一对可以既通过大气层又被地面基站上的聚光望远镜接收到。潘建伟是这个项目的领导者，他自2003年以来始终在推动和筹集这个实验项目。他将这个成就称作侦测地球上一根火柴发出的单个光子。潘建伟觉得，墨子号传输纠缠态光子的效率比“最好的通讯光纤高万亿倍”，“我们做的工作是缺乏墨子号就不可能做到的，但是未来5年，太空量子实验项目会发射更多的量子通讯实验卫星。”
原文链接：
