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”

從百公里到千公里，中國“墨子號”量子衛星將量子糾纏分發的世界紀錄提高了一個數量級。昨天，國際權威學術期刊《科學》雜志以封面論文的形式發表了中國量子科學研究團隊的最新重要成果。中國的科學家們利用我國去年發射的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，在國際上率先成功實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發，量子糾纏特性在1200公里的尺度上仍然存在。

量子糾纏——鬼魅般的遠距作用

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

近百年前，作為量子力學的開創者之一，愛因斯坦也“百思不得解”。由于當時缺乏檢驗能力，他認為，或許是量子理論“還不完備”。

                                                           △量子糾纏分發示意圖

中國的科學家們通過“墨子號”衛星，從太空將一對相互“糾纏”的量子“分發”到青海德令哈和云南麗江兩個地面站，發現在兩個相距超過1200公里的實驗站之間，量子的“糾纏效應”仍然有效。并通過數千對量子的實驗，檢驗了這一成果。 

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”。 

進入千公里數量級是質的飛躍

由于量子糾纏非常脆弱，會隨著光子在光纖內或者地表大氣中的傳輸距離而衰減，以往的量子糾纏分發實驗只停留在百公里的距離。

量子糾纏“鬼魅般的遠距作用”在更遠的距離上是否仍然存在？會不會受到引力等其它因素的影響？這些基本物理問題的驗證都需要實現上千公里甚至更遠距離的糾纏分發；另一方面，要實現廣域的量子網絡也要求遠距離的糾纏分發。

正因為此，《科學》雜志幾位審稿人稱贊該成果是“兼具潛在實際現實應用和基礎科學研究重要性的重大技術突破”，并斷言 “絕對毫無疑問將在學術界和廣大的社會公眾中產生非常巨大影響”。

在地面的兩個地點之間建立量子糾纏的話，就可為未來的量子網絡和遠距量通訊研究提供一個非常好的實驗手段。這種技術也為了未來在空間尺度檢驗廣義相對論，為我們未來探索物理學的領域提供一種很好的技術手段。

迎接“第二次量子革命” 中國挺進最前沿 

量子糾纏的遠距離分發對精度要求極高，研究人員舉了一個例子：就好像從萬米高空飛機上扔下一連串硬幣，在地面再用存錢罐接住。

能夠完成精準度如此高的實驗，擁有最先進的科學成果，潘建偉把量子研究的突飛猛進歸功于中國“集中力量辦大事”的優勢：中科院上海技術物理研究所、微小衛星創新研究院、光電技術研究所、國家天文臺、紫金山天文臺、國家空間科學中心……

去年年末，英國政府發布的《量子時代的技術機遇》報告中統計，中國在量子科技的論文發表上排在全球第一、專利應用排名第二。在“第二次量子革命”的起步階段，中國異軍突起進入“領跑陣營”。 

太空之中，“墨子號”仍在不知疲倦地繞地旋轉。除了量子糾纏分發之外，高速星地量子密鑰分發、地星量子隱形傳態等重要科學實驗也在緊張順利地進行中。潘建偉說，預計今年會有更多的科學成果陸續發布。

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白話神奇的量子    

眾所周知，世間萬物包括我們人類自身都是由微觀粒子組成的，這是一個被稱為“量子世界”的神秘地帶，它遵循著讓人匪夷所思的一套“另類法則”。

我們知道構成物質的最小單元是基本粒子。量子就是質量、體積、能量等各種物理量的最小單元，而且它也要以某種粒子狀態存在。我們看到的光，其實是以光子為單位一份一份地變化的。我們大可以打開腦洞，想象一下，我們一舉手投足間，一個呼吸，就有上萬億的量子在移動。

說到量子，它有兩個堪稱神奇的絕技，除了上面說的量子糾纏外，還有一個就是“分身術”。量子的“分身術”也叫量子疊加，就是一個量子可以同時存在好幾種狀態。

那么“分身術”干嘛用呢？首先一個應用就是幫我們的計算機實現并行計算。這能力有多強，大家可以想象一下幾十個孫悟空打妖怪。舉個例子，如果我們分解一個300位的大數，用現在的計算機，需要15萬年，用量子的“分身術”幫我們并行運算，只要一秒鐘就可以算出來。

說到這里，大家是不是覺得量子很神奇？其實還不止于此，神奇的量子還有兩個怪癖，不可分割、不可克隆。別嫌它古怪，要想做量子保密通信還真得靠它的這兩個不可以。我們就是利用量子的這兩個怪癖，可以制作出最安全的保密鑰匙，可以讓我們目前的信息傳輸變得更安全。

所以說，量子神奇，但是人類的潛力更神奇。如果能夠駕馭這么行蹤神秘和脾氣古怪的量子，絕對安全的保密通信、堪稱神速的新一代電腦，也將成為現實。

來源：央視新聞

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