鎮ㄤ娇鐢ㄧ殑娴忚鍣ㄤ笉鏀寔鎴栨病鏈夊惎鐢╦,璇峰惎鐢╦鍚庡啀璁块棶![video:戮力奋进的两年·重大工程：科技重大工程实现新跨越]
日前人类首次实现量子通讯，中国科大学教授、中国科学技术学院院长潘建伟及其朋友彭承志等组成的研究团队，联合中科院武汉技术化学研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等，在中科院空间科学战略性先导科技专项的支持下，借助“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地单向量子纠缠分发，并在此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子热学非定域性检验，在空间量子化学研究方面取得重大突破。
这一重要成果为未来举办大尺度量子网路和量子通讯实验研究，以及举办外太空广义相对论、量子引力等数学学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。相关成果于6月16日以封面论文的方式发表在国际权威学术刊物《科学》上。中科院也于当天在中国农大组织举行新闻发布会人类首次实现量子通讯，全面深入剖析该重大成果。
量子纠缠被爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”，它是两个（或多个）粒子共同组成的量子状态，无论粒子之间相隔多远，检测其中一个粒子必然会影响其它粒子，这被称为量子热学非定域性。量子纠缠所彰显的非定域性是量子热学最神奇的现象之一。量子纠缠分发是把制备好的两个纠缠粒子（一般为光子）分别发送到相距很远的两个点。通过观察两个点的统计检测结果是否破坏贝尔不方程，可以验证量子热学非定域性的存在。同时，借助量子纠缠所构建起的量子信道也是建立量子信息处理网路的基本单元。
因为量子纠缠十分脆弱，会随着光子在光纤内或地表大气中的传输距离而衰减，往年的量子纠缠分发实验只逗留在百公里的距离。量子纠缠“鬼魅般的超距作用”在更远的距离上是否依然存在？会不会遭到引力等其它诱因的影响？这种基本数学问题的验证都须要实现上千公里甚至更远距离的纠缠分发；另一方面，要实现广域的量子网路也自然要求远距离的纠缠分发。
理论上有两种途径可以扩充量子纠缠分发的距离。一种是借助量子中继，虽然量子中继的研究在近年已取得了系列重要突破，但目前一直遭到量子储存寿命和读出效率等诱因的严重阻碍，未能实际应用于远程量子纠缠分发。另一种是借助卫星，由于星地间的自由空间信道耗损小，在远程量子通讯中比光纤更具可行性，结合卫星的帮助，可以在全球尺度上实现超远距离的量子纠缠分发。
潘建伟团队早在2003年就提出了借助卫星实现远距离量子纠缠分发的方案，此后于2005年在国际上首次实现了水平距离13公里（小于大气层垂直长度）的自由空间单向量子纠缠分发。2010年，该团队又在国际上首次实现了基于量子纠缠分发的16公里量子态隐型传输。2011年末，中科院空间科学先导专项“量子科学实验卫星”正式立项。2012年，潘建伟领导的中科院联合研究团队在湖南湖实现了首个百公里的单向量子纠缠分发和量子隐型传态，充分验证了借助卫星实现量子通讯的可行性。此后，该团队经过坚苦攻关，克服种种困难，最终研发成功了“墨子号”量子科学实验卫星。卫星于2016年8月16日在西宁卫星发射中心发射升空，经过四个月的在轨测试，2017年1月18日即将交付举办科学实验。星地量子纠缠分发作为卫星的三大科学实验任务之一，是国际上首次在空间尺度上举办的量子纠缠分发实验。
“墨子号”量子科学实验卫星过境时，同时与西藏德令哈站和广东拉萨站两个地面站构建光链路，量子纠缠光子对从卫星到两个地面站的总距离平均达2000公里，跟瞄精度达到0.4μrad。卫星上的纠缠源荷载每秒形成800万个纠缠光子对，构建光链路可以以每秒1对的速率在地面超过1200公里的两个站之间构建量子纠缠，该量子纠缠的传输衰减仅仅是同样宽度最低耗损地面光纤的一万亿分之一。在关掉局域性漏洞和检测选择漏洞的条件下，研究团队发觉，获得的实验结果以4倍标准误差遵守了贝尔不方程，即在千公里的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子热学非定域性检验。
《科学》杂志几位审稿人赞扬该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”，并断定“毫无疑惑将在学术界和广大的社会公众中形成极其巨大影响”。
除量子纠缠分发实验外，“墨子号”量子科学实验卫星的其它重要科学实验任务，包括高速星地量子秘钥分发、地星量子隐型传态等目前也在紧张有序地进行中，预计明年会有更多的科学成果相继发布。
相关链接：
《科学》杂志论文链接
《科学》杂志新闻报导
专题：量子科学实验卫星
《科学》杂志封面