科研團隊提前一年完成三大科學目標

被稱為“幽靈粒子”的量子，是指構(gòu)成物質(zhì)的最小單元，分子、原子、光子等微觀粒子都是量子的表現(xiàn)形態(tài)。由于量子具有疊加和糾纏等很多神奇特性，量子理論已經(jīng)催生了很多革命性的技術(shù)，比如晶體管、激光器，甚至最前沿的量子通信和量子計算，而量子科學研究也成為國際最前沿的探索領(lǐng)域。

2016年8月16日，由我國科學家自主研制的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射，瞄準了量子研究領(lǐng)域最前沿的三大科學目標：千公里級量子糾纏分發(fā)、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)。

量子衛(wèi)星首席科學家中科院潘建偉院士介紹，這三大科學目標，科研團隊原本預計在兩年里面完成，但沒想到一年的時間就全部完成，而這也為我國繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

“墨子號”的神奇使命

量子密鑰分發(fā)

通信安全是國家信息安全和人類經(jīng)濟社會生活的基本需求，與經(jīng)典通信不同，由于量子具有不可分割和不可復制等特性，量子通信被認為是目前已知不可竊聽、不可破譯的絕對安全的通信方式。

此次科研團隊成功實現(xiàn)星地之間千公里級的量子密鑰分發(fā)，打破此前最遠記錄，并大幅提升密鑰的傳輸效率。

┃應用：通過量子衛(wèi)星 實現(xiàn)遠距離保密通信

由于外太空光信號損耗非常小，而且衛(wèi)星具有方便覆蓋全球的獨特優(yōu)勢，量子衛(wèi)星被認為是建立全球量子保密通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。量子衛(wèi)星首席科學家中科院潘建偉院士介紹，以星地量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)，將衛(wèi)星作為中繼，可以實現(xiàn)地球上任意兩點的密鑰共享，也就意味著遙遠兩地的用戶通過共享量子密鑰，就能夠?qū)崿F(xiàn)絕對安全的保密通信。

量子糾纏分發(fā)

量子糾纏是奇特的量子力學現(xiàn)象。通俗地說，兩個處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應”，無論相隔多遠，一個量子狀態(tài)變化，另一個也會改變。愛因斯坦稱之為“鬼魅般的遠距作用”。

▲量子糾纏分發(fā)示意圖

中國的科學家們通過“墨子號”衛(wèi)星，從太空將一對相互“糾纏”的量子“分發(fā)”到青海德令哈和云南麗江兩個地面站，發(fā)現(xiàn)在兩個相距超過1200公里的實驗站之間，量子的“糾纏效應”仍然有效。并通過數(shù)千對量子的實驗，檢驗了這一成果。 （詳情點擊：厲害了！中國科學家用嚴格的科學實證 回答了愛因斯坦的“百年之問”）

┃應用：驗證超遠距離作用 為量子網(wǎng)絡(luò)和遠距離通信提供實驗手段

專家表示，在地面的兩個地點之間建立量子糾纏，可為未來的量子網(wǎng)絡(luò)和遠距量通訊研究提供一個非常好的實驗手段。這種技術(shù)也為未來在空間尺度檢驗廣義相對論，為未來探索物理學的領(lǐng)域提供一種很好的技術(shù)手段。

量子隱形傳態(tài)

時空穿越一直是人類的夢想。在量子世界中，這種時空穿越的現(xiàn)象卻真的存在，而這就是“墨子號”的第三個實驗——量子隱形傳態(tài)。

量子隱形傳態(tài)，是一種全新的通信方式。通俗來講，就是將甲地的某一粒子的量子態(tài)信息在乙地的另一粒子上還原出來，就好像是進行了一場“星際穿越”，但粒子本身并未被傳送。而我國科學家，通過“墨子號”量子衛(wèi)星，首次實現(xiàn)千公里級的量子隱形傳態(tài)。

┃應用：量子世界的“時空穿越” 為空間量子物理學等研究奠定基礎(chǔ)

和量子密鑰分發(fā)的保密通信等實用性前景不一樣，量子隱形傳態(tài)還處于非常前沿的科學探索階段。此次我國科學家成功實現(xiàn)地星之間的量子隱形傳態(tài)，為未來開展空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

未來一年將開展多項空間實驗

“墨子號”量子衛(wèi)星的設(shè)計壽命為兩年。未來一年時間，“墨子號”將進行哪些探索性的空間科學實驗呢？

量子衛(wèi)星首席科學家中科院院士潘建偉介紹，目前已經(jīng)跟奧地利、德國、意大利等國家進行合作，可能從下個月開始探索歐洲和亞洲的洲際密鑰分發(fā)的可能性。

此外，“墨子號”是處于距地球500公里軌道的低軌衛(wèi)星，單顆衛(wèi)星無法直接覆蓋全球。為了讓量子保密通信技術(shù)更好地走向?qū)嵱茫孔有l(wèi)星必須突破白天遠距離傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)24小時全天時通信，并通過像北斗衛(wèi)星一樣的“星群” 組網(wǎng)方式，構(gòu)建天地一體化的全球量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

量子衛(wèi)星首席科學家中科院院士 潘建偉：“希望在十三五末期能夠發(fā)射一顆、兩顆乃至數(shù)顆應用型的量子實驗衛(wèi)星，然后把這個技術(shù)能夠推向極致，盡快地在一些重要的部門能夠加以應用和推廣。”

來源：央視新聞微信公眾號（ID：cctvnewscenter）