中國科學(xué)家用嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)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(wèi)星將量子糾纏分發(fā)的世界紀(jì)錄提高了一個(gè)數(shù)量級。昨天，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志以封面論文的形式發(fā)表了中國量子科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的最新重要成果。中國的科學(xué)家們利用我國去年發(fā)射的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先成功實(shí)現(xiàn)了千公里級的星地雙向量子糾纏分發(fā)，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(yuǎn)距作用

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

近百年前，作為量子力學(xué)的開創(chuàng)者之一，愛因斯坦也“百思不得解”。由于當(dāng)時(shí)缺乏檢驗(yàn)?zāi)芰ΓJ(rèn)為，或許是量子理論“還不完備”。

                                                           △量子糾纏分發(fā)示意圖

中國的科學(xué)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(gè)地面站，發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)相距超過1200公里的實(shí)驗(yàn)站之間，量子的“糾纏效應(yīng)”仍然有效。并通過數(shù)千對量子的實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)了這一成果。 

中國科學(xué)家用嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)證，回答了愛因斯坦的“百年之問”。 

進(jìn)入千公里數(shù)量級是質(zhì)的飛躍

由于量子糾纏非常脆弱，會(huì)隨著光子在光纖內(nèi)或者地表大氣中的傳輸距離而衰減，以往的量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)只停留在百公里的距離。

量子糾纏“鬼魅般的遠(yuǎn)距作用”在更遠(yuǎn)的距離上是否仍然存在？會(huì)不會(huì)受到引力等其它因素的影響？這些基本物理問題的驗(yàn)證都需要實(shí)現(xiàn)上千公里甚至更遠(yuǎn)距離的糾纏分發(fā)；另一方面，要實(shí)現(xiàn)廣域的量子網(wǎng)絡(luò)也要求遠(yuǎn)距離的糾纏分發(fā)。

正因?yàn)榇?，《科學(xué)》雜志幾位審稿人稱贊該成果是“兼具潛在實(shí)際現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和基礎(chǔ)科學(xué)研究重要性的重大技術(shù)突破”，并斷言 “絕對毫無疑問將在學(xué)術(shù)界和廣大的社會(huì)公眾中產(chǎn)生非常巨大影響”。

在地面的兩個(gè)地點(diǎn)之間建立量子糾纏的話，就可為未來的量子網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)距量通訊研究提供一個(gè)非常好的實(shí)驗(yàn)手段。這種技術(shù)也為了未來在空間尺度檢驗(yàn)廣義相對論，為我們未來探索物理學(xué)的領(lǐng)域提供一種很好的技術(shù)手段。

迎接“第二次量子革命” 中國挺進(jìn)最前沿 

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

能夠完成精準(zhǔn)度如此高的實(shí)驗(yàn)，擁有最先進(jìn)的科學(xué)成果，潘建偉把量子研究的突飛猛進(jìn)歸功于中國“集中力量辦大事”的優(yōu)勢：中科院上海技術(shù)物理研究所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所、國家天文臺、紫金山天文臺、國家空間科學(xué)中心……

去年年末，英國政府發(fā)布的《量子時(shí)代的技術(shù)機(jī)遇》報(bào)告中統(tǒng)計(jì)，中國在量子科技的論文發(fā)表上排在全球第一、專利應(yīng)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(jìn)入“領(lǐng)跑陣營”。 

太空之中，“墨子號”仍在不知疲倦地繞地旋轉(zhuǎn)。除了量子糾纏分發(fā)之外，高速星地量子密鑰分發(fā)、地星量子隱形傳態(tài)等重要科學(xué)實(shí)驗(yàn)也在緊張順利地進(jìn)行中。潘建偉說，預(yù)計(jì)今年會(huì)有更多的科學(xué)成果陸續(xù)發(fā)布。

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白話神奇的量子    

眾所周知，世間萬物包括我們?nèi)祟愖陨矶际怯晌⒂^粒子組成的，這是一個(gè)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(gòu)成物質(zhì)的最小單元是基本粒子。量子就是質(zhì)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(tài)存在。我們看到的光，其實(shí)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(gè)呼吸，就有上萬億的量子在移動(dòng)。

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

那么“分身術(shù)”干嘛用呢？首先一個(gè)應(yīng)用就是幫我們的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。這能力有多強(qiáng)，大家可以想象一下幾十個(gè)孫悟空打妖怪。舉個(gè)例子，如果我們分解一個(gè)300位的大數(shù)，用現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)，需要15萬年，用量子的“分身術(shù)”幫我們并行運(yùn)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(shí)還不止于此，神奇的量子還有兩個(gè)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(gè)不可以。我們就是利用量子的這兩個(gè)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(xiàn)實(shí)。

來源：央視新聞

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