墨子号完成最难实验

新闻来源: 北京晨报   发布时间:2017/9/12 14:08:36   [字号:  ]
    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形传态。这也是“墨子号”最难做的一项实验,它还常常被人联想到科幻电影《星际迷航》中的超时空传输。它们是一回事吗?“墨子号”的地星量子隐形传态实验成果10日发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。《自然》杂志审稿人称赞实验结果“代表了远距离量子通信持续探索中的重大突破”,“目标非常新颖并极具挑战性,它代表了量子通信方案现实实现中的重大进步”。


墨子号的三大目标


    中国科学家原计划在量子卫星两年的设计寿命中完成星地高速量子密钥分发实验;在相距1200公里的尺度上测试被爱因斯坦称为“诡异的”量子纠缠现象;在“世界屋脊”西藏阿里和卫星之间实现量子隐形传态实验。而在不到一年的时间里,“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部科学目标,系列成果赢得了巨大国际声誉。量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说,这表明中国正从经典信息技术的跟随者,转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。安全的量子通信在国防、军事、金融等领域应用前景广阔。专家预测,量子通信技术可能在20至30年后对人类社会发展产生难以估量的影响。


墨子号的重要成果


    中国科学院院士、量子卫星首席科学家潘建伟说,量子隐形传态是量子通信的一个重要内容,它利用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《星际迷航》中,宇航员在特殊装置中说一句“发送我吧”,他就瞬间转移到另一个星球。科学家指出,量子隐形传态实验中,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粒子的状态变成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,或者说这是一种破坏性的复制。


    潘建伟说,“墨子号”量子隐形传态实验采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式。卫星过境时与海拔5100米的西藏阿里地面站建立光链路,地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例,实验通信距离从500公里到1400公里,实验传送了6个量子态,置信度均大于99.7%。潘建伟说:“这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究,以及空间量子物理学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础。”


墨子号的最难实验


    潘建伟介绍,在“墨子号”开展的星地高速量子密钥分发、量子纠缠分发和地星量子隐形传态三大实验中,量子隐形传态实验是最难的。因为前两个实验都是从卫星向地面传送光子,在起初的490公里真空中不会受到大气影响,只有最后10公里进入大气层最稠密的部分时会受到影响。


    事实上,在量子态隐形传态的漫长旅程中,每一点距离的进步都可以被视为一座里程碑。虽然最初的传输距离仅为数米,但美国《科学》杂志的评语是:“尽管想要看到《星际迷航》中‘发送我吧’这样的场景,我们还得等上很多年,但量子态隐形传态这项发现,预示着我们将进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。”


墨子号的现实意义


    人是由10的28次方个粒子组成的,所以人类通过这种方式星际旅行还是个遥不可及的梦想。但是,300多年前开普勒给伽利略写了一封信,说人类应该造一艘能够在太空中飞翔的帆船,去探索宇宙的奥秘。大约260年后的1969年,美国阿波罗计划让人类登陆月球成为现实,现在人类飞行器已经到了太阳系的边缘。即使飞行太空的科幻永远无法实现,量子隐形传态研究也是有现实意义的。潘建伟说,量子隐形传态可用于量子计算和量子网络方面的研究,量子计算机之间未来要实现互联互通,进行协同计算,就需要量子隐形传态。


    责任编辑:张增平
 
                                  
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