量子衛(wèi)星打破了量子糾纏記錄

Emily+Conover

產(chǎn)生于空間中的光粒子通過量子關(guān)聯(lián)的形式連接于2座城市之間，它們的距離達(dá)到此前任何試驗(yàn)距離的10倍以上。

1顆量子通訊衛(wèi)星向地球發(fā)射光子，并將光子的距離分隔為1200多千米。這項(xiàng)壯舉顯示出，光粒子依然可以保持被稱為“量子糾纏”的奇怪的關(guān)聯(lián)狀態(tài)，甚至被拋向一個國家的另一端也是如此，中國的科研人員將這一結(jié)果在6月16日出版的《科學(xué)》雜志上作了報(bào)告。此前的距離記錄為100千米。發(fā)射于2016年的獨(dú)一無二的衛(wèi)星正在為量子通訊的天基網(wǎng)絡(luò)打下基礎(chǔ)。

“對于量子糾纏及量子科學(xué)來說，這是一項(xiàng)巨大的成就，”來自于加拿大滑鐵盧大學(xué)的物理學(xué)家Thomas Jennewein說道。

科學(xué)家此前曾向1顆衛(wèi)星發(fā)射光子并完成返回，但那些粒子并沒有發(fā)生糾纏。直到現(xiàn)在，也沒有人能夠在宇宙空間分布糾纏粒子?！帮@然，中國目前在量子通訊領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先地位，”Jennewein說道。

這項(xiàng)技術(shù)擁有重要的科技應(yīng)用前景?！按隧?xiàng)試驗(yàn)對于未來量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展至關(guān)重要，”來自于維也納大學(xué)的物理學(xué)家Anton Zeilinger說道。這種網(wǎng)絡(luò)將使超可靠通訊成為可能，并可跨越全球連接量子計(jì)算機(jī)。

在兩個粒子之間有一條縹緲的紐帶，糾纏是量子網(wǎng)絡(luò)的最本質(zhì)要素。糾纏的粒子不能被獨(dú)立描述；相反，它們形成一個單元，即使被分隔于遠(yuǎn)方。測量一個糾纏的粒子便可立即顯示出另一個的狀態(tài)。為了執(zhí)行量子通訊，科學(xué)家從各個地方發(fā)送了糾纏的光子。但是光子只能夠通過空氣或者光纖在被物質(zhì)材料吸收之前傳播到遠(yuǎn)方，這就限定了可能通訊的距離。在虛空中，光子可以傳播得更遠(yuǎn)。

中國的這顆衛(wèi)星被命名為“墨子號”，墨子是中國古代的一名哲學(xué)家。使用這顆衛(wèi)星，研究人員向其下方位于中國北部的德令哈及位于中國南部的麗江發(fā)射了相互糾纏的光子對。在那里，瞄向衛(wèi)星的望遠(yuǎn)鏡探測到了粒子。為了確認(rèn)粒子處于糾纏狀態(tài)，以及量子力學(xué)所具有的奇異特性，研究人員使用光子對進(jìn)行了貝爾實(shí)驗(yàn)（Belltest），貝爾實(shí)驗(yàn)可用來分析兩個粒子間的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)再次確認(rèn)了這種在遠(yuǎn)超以前所達(dá)到距離情況下的超小粒子的奇異物理現(xiàn)象。

為了完成試驗(yàn)，研究人員不得不升級他們的量子設(shè)備以使其在宇宙空間工作。那項(xiàng)技術(shù)令人驚嘆不已，來自于慕尼黑Ludwig-Maximilians大學(xué)的物理學(xué)家Harald Weinfurter說道。

“這是從室內(nèi)試驗(yàn)到真正工作于衛(wèi)星設(shè)備所邁出的一大步，”他說道。在空間中，靈敏的元器件必須要面對惡劣的環(huán)境，諸如波動的溫度及振動。同時(shí)，為了裝載入衛(wèi)星，全部包裹必須要小且輕。

光子檢測也是件令人生畏的事情。墨子衛(wèi)星位于地球上方500千米的高空，在它呼嘯飛過時(shí)，引導(dǎo)激光幫助研究人員將地基望遠(yuǎn)鏡指向正確的方向來捕獲光子。其精密程度就像在埃菲爾鐵塔頂端瞄準(zhǔn)一個人的頭發(fā)絲。

研究人員表示，量子糾纏將會在未來成為全球通訊的一個重要資源?！敖裉煳覀兊馁~單中包含有電費(fèi)和水費(fèi)”，來自于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的物理學(xué)家，也是此項(xiàng)研究的合著者，物理學(xué)家陸朝陽說道：“當(dāng)量子糾纏作為量子通訊的一項(xiàng)基本要求時(shí)，或許某一天我們還需要付一些量子糾纏的費(fèi)用呢！”endprint