震驚世界的(de)裡(lǐ)程碑式突破！

6月16日，我(wǒ)國科學(xué)家利用“墨子(zǐ)号”量子(zǐ)科學(xué)實驗衛星在(zài)國際上率先成功實現了千公裡(lǐ)級的(de)星地雙向量子(zǐ)糾纏分(fēn)發，并在(zài)此基礎上實現了空間(jiān)尺度下嚴格滿足“愛(ài)因斯坦定域性條件(jiàn)”的(de)量子(zǐ)力學(xué)非定域性檢驗。爲未來開展大尺度量子(zǐ)網絡和(hé)量子(zǐ)通(tōng)信實驗研究，以及開展外(wài)太空廣義相(xiàng)對(duì)論、量子(zǐ)引力等物(wù)理學(xué)基本原理的(de)實驗檢驗奠定了可(kě)靠的(de)技術基礎。

6月15日發布的(de)美(měi)國《科學(xué)》雜志(zhì)封面上，“墨子(zǐ)号”從星空向地面發出兩道光(guāng)，宛如(rú)兩條長(cháng)腿向前邁出一(yī)大步，這(zhè)也(yě)象征着量子(zǐ)通(tōng)信向實用領域邁出一(yī)大步。文章(zhāng)中(zhōng)寫道，中(zhōng)國首次實現了從太空到地面的(de)長(cháng)距離光(guāng)子(zǐ)運輸。科學(xué)家們(men)通(tōng)過“墨子(zǐ)号”分(fēn)别向青海德令哈站(zhàn)和(hé)雲南麗江站(zhàn)發射光(guāng)子(zǐ)，兩個地面站(zhàn)相(xiàng)距1203公裡(lǐ)。這(zhè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)打破了143公裡(lǐ)的(de)傳輸記錄。以往由于沒有量子(zǐ)衛星，國內(nèi)外(wài)量子(zǐ)通(tōng)信地面實驗傳輸距離一(yī)直停留在(zài)一(yī)百公裡(lǐ)量級。因爲量子(zǐ)地面傳輸無論通(tōng)過光(guāng)纖或大氣都有較大信号損耗。改用衛星從太空中(zhōng)分(fēn)發，可(kě)以大幅縮小信号衰減。這(zhè)種方式對(duì)精度要求極高，好比從萬米高空的(de)飛機上扔下一(yī)連串硬币，在(zài)地面上用存錢罐接住，位置、角度、接收順序需絲毫不差。

雜志(zhì)稱，中(zhōng)國科學(xué)家首次實現的(de)千公裡(lǐ)級量子(zǐ)糾纏是“一(yī)項裡(lǐ)程碑式的(de)研究”、“毫無疑問(wèn)将在(zài)學(xué)術界和(hé)廣大社會(huì)公衆中(zhōng)産生巨大影響”。

絕對(duì)保密的(de)通(tōng)信   想偷窺中(zhōng)國的(de)秘密将不可(kě)能(néng)

量子(zǐ)，可(kě)謂世界上最玄妙的(de)東西。量子(zǐ)衛星，運用的(de)最基本的(de)原理，就(jiù)是神一(yī)樣的(de)量子(zǐ)疊加和(hé)量子(zǐ)糾纏現象。啥叫量子(zǐ)疊加原理？就(jiù)是如(rú)果人(rén)不觀測量子(zǐ)，量子(zǐ)可(kě)能(néng)滿世界都是。但是，隻要人(rén)一(yī)觀測它，它馬上随機呈現出固定的(de)形态。量子(zǐ)糾纏是一(yī)種奇特的(de)量子(zǐ)力學(xué)現象。兩個處于糾纏狀态的(de)量子(zǐ)無論相(xiàng)隔多(duō)遠(yuǎn)，一(yī)個量子(zǐ)變化必然導緻另一(yī)個量子(zǐ)的(de)連鎖反應。技術當前最大的(de)運用，就(jiù)是量子(zǐ)通(tōng)信，一(yī)種是量子(zǐ)保密通(tōng)信（量子(zǐ)密鑰分(fēn)發）；另外(wài)一(yī)種是量子(zǐ)隐形傳态。傳統的(de)通(tōng)信衛星使用無線電(diàn)波傳輸信号，而量子(zǐ)通(tōng)信衛星使用的(de)則是一(yī)種結晶體(tǐ)，這(zhè)種結晶體(tǐ)可(kě)以産生一(yī)對(duì)相(xiàng)互糾纏的(de)光(guāng)子(zǐ)。這(zhè)對(duì)光(guāng)子(zǐ)即使相(xiàng)距遙遠(yuǎn)，其屬性仍然會(huì)糾纏在(zài)一(yī)起，而信号就(jiù)能(néng)通(tōng)過操作(zuò)這(zhè)些屬性來傳輸。

這(zhè)是一(yī)種全新的(de)通(tōng)信方式，做任何手腳都會(huì)被察覺出來。正因如(rú)此，利用量子(zǐ)通(tōng)信溝通(tōng)的(de)雙方可(kě)以放心地進行(xíng)秘密交流，而不需要擔心被竊聽。量子(zǐ)保密通(tōng)訊是最安全的(de)通(tōng)訊。爲什麽？因爲它的(de)密鑰，是量子(zǐ)。本來量子(zǐ)是化身(shēn)千千萬，一(yī)旦有人(rén)想動(dòng)一(yī)下量子(zǐ)密鑰，哪怕是看一(yī)眼，無處不在(zài)的(de)量子(zǐ)，就(jiù)停滞成固态了，馬上就(jiù)會(huì)被人(rén)發現。所以，到那(nà)時，想竊取我(wǒ)們(men)國家的(de)秘密，門都沒有。量子(zǐ)隐形傳态，則是利用了量子(zǐ)糾纏的(de)原理，通(tōng)過隐形傳輸實現信息傳遞。現在(zài)信息傳遞，總要通(tōng)過電(diàn)波或某種載體(tǐ)，而量子(zǐ)信息傳遞則不需要，這(zhè)一(yī)邊量子(zǐ)一(yī)動(dòng)，另外(wài)一(yī)個糾纏中(zhōng)的(de)量子(zǐ)也(yě)随之而動(dòng)，其中(zhōng)的(de)關聯沒有任何載體(tǐ)，如(rú)果有，那(nà)可(kě)能(néng)是“鬼”。而鬼，既觀測不到，也(yě)無法捕捉，因此，更不可(kě)能(néng)洩露一(yī)點秘密。

▲ 處于糾纏狀态的(de)兩個量子(zǐ)不論相(xiàng)距多(duō)遠(yuǎn)，都存在(zài)一(yī)種關聯。

他國還在(zài)喋喋不休，中(zhōng)國已經默默收獲

研究人(rén)員一(yī)直想要遠(yuǎn)距離內(nèi)實現量子(zǐ)糾纏。但是，質子(zǐ)在(zài)穿越空氣和(hé)光(guāng)纖時，會(huì)被分(fēn)散、吸收，量子(zǐ)糾纏的(de)距離一(yī)直無法得(de)到突破。這(zhè)次，中(zhōng)國科學(xué)家在(zài)三個量子(zǐ)通(tōng)信地面站(zhàn)間(jiān)，利用“墨子(zǐ)号”實現了量子(zǐ)糾纏，每個地面站(zhàn)間(jiān)都相(xiàng)距1000公裡(lǐ)以上，實驗結果嚴格滿足“愛(ài)因斯坦定域性條件(jiàn)”的(de)量子(zǐ)力學(xué)非定域性檢驗。這(zhè)項實驗的(de)成功，使得(de)安全通(tōng)信成爲可(kě)能(néng)，也(yě)爲未來展開更大尺度的(de)實驗奠定基礎。

▲  “墨子(zǐ)号”發射升空

去(qù)年(nián)8月份，中(zhōng)國成功發射全球首顆量子(zǐ)通(tōng)信衛星“墨子(zǐ)号”。研究人(rén)員希望，通(tōng)過這(zhè)顆衛星，利用量子(zǐ)技術将信息從太空傳輸到地球。這(zhè)種技術很多(duō)國家的(de)科學(xué)家們(men)都在(zài)研究。

但是，來自(zì)外(wài)界的(de)質疑從未平息。發射前，就(jiù)有人(rén)質疑中(zhōng)國的(de)量子(zǐ)衛星能(néng)否工(gōng)作(zuò)。還有學(xué)者認爲中(zhōng)國發射的(de)動(dòng)機之一(yī)是要與美(měi)國抗衡。美(měi)國國防部還曾警告，量子(zǐ)通(tōng)信技術能(néng)讓中(zhōng)國在(zài)未來某一(yī)刻危機發生時，杜絕競争對(duì)手動(dòng)用任何太空裝備的(de)可(kě)能(néng)。不過，有美(měi)國媒體(tǐ)曾指出，美(měi)國對(duì)中(zhōng)國在(zài)量子(zǐ)技術上領先所展現的(de)态度，是傲慢的(de)表現。實際上，來自(zì)加拿(ná)大、日本、意大利、新加坡等國的(de)研究人(rén)員都有透露，有在(zài)太空中(zhōng)進行(xíng)量子(zǐ)實驗的(de)計劃，包括一(yī)個提議在(zài)國際空間(jiān)站(zhàn)進行(xíng)實驗的(de)計劃。而在(zài)過去(qù)兩年(nián)間(jiān)，中(zhōng)國的(de)研究人(rén)員一(yī)直在(zài)試驗，以證實在(zài)遠(yuǎn)距離內(nèi)，量子(zǐ)糾纏是可(kě)以實現的(de)。在(zài)他國還在(zài)對(duì)中(zhōng)國的(de)實驗喋喋不休時，中(zhōng)國已經默默取得(de)成就(jiù)。

進擊科學(xué)巅峰，中(zhōng)國人(rén)靠自(zì)己！

還記得(de)96年(nián)的(de)台海危機嗎？當時中(zhōng)國舉行(xíng)了規模浩大的(de)軍演，卻在(zài)演習(xí)中(zhōng)，中(zhōng)國兩枚導彈完全失去(qù)了目标，這(zhè)是因爲美(měi)國關閉了GPS導航，同樣，今天你手機上的(de)GPS導航與定位，美(měi)國依舊可(kě)以輕松關閉。但有了天宮二号裡(lǐ)的(de)冷(lěng)原子(zǐ)鍾，3000萬年(nián)誤差僅爲一(yī)秒，可(kě)以大幅度提高中(zhōng)國北(běi)鬥的(de)精度，我(wǒ)們(men)再不用受制(zhì)于人(rén)。

附：關于量子(zǐ)和(hé)量子(zǐ)糾纏分(fēn)發

量子(zǐ)：物(wù)理學(xué)中(zhōng)常用到量子(zǐ)概念，它是構成物(wù)質的(de)基本單元，是能(néng)量的(de)最基本攜帶者，不可(kě)再分(fēn)割。

量子(zǐ)糾纏：這(zhè)是一(yī)種奇怪的(de)量子(zǐ)力學(xué)現象，處于糾纏态的(de)兩個量子(zǐ)不論相(xiàng)距多(duō)遠(yuǎn)都存在(zài)一(yī)種關聯，其中(zhōng)一(yī)個量子(zǐ)狀态發生改變（比如(rú)人(rén)們(men)對(duì)其進行(xíng)觀測），另一(yī)個的(de)狀态會(huì)瞬時發生相(xiàng)應改變。這(zhè)種“心靈感應”似的(de)神秘關聯被稱爲量子(zǐ)非定域性，愛(ài)因斯坦稱其爲“鬼魅般的(de)遠(yuǎn)距作(zuò)用”。

糾纏光(guāng)子(zǐ)：光(guāng)子(zǐ)也(yě)是一(yī)種量子(zǐ)，處于糾纏狀态的(de)光(guāng)子(zǐ)被稱爲糾纏光(guāng)子(zǐ)。

糾纏分(fēn)發：就(jiù)是把制(zhì)備好的(de)兩個糾纏量子(zǐ)分(fēn)别發送到相(xiàng)距很遠(yuǎn)的(de)兩個點，通(tōng)過觀察兩個點的(de)測量結果是否符合貝爾不等式來檢驗量子(zǐ)糾纏的(de)存在(zài)。這(zhè)是驗證遠(yuǎn)距離量子(zǐ)力學(xué)正确性和(hé)實現廣域量子(zǐ)網絡必不可(kě)少(shǎo)的(de)手段。

貝爾不等式：這(zhè)是1964年(nián)由物(wù)理學(xué)家約翰·貝爾提出的(de)一(yī)個數學(xué)不等式，在(zài)經典物(wù)理學(xué)中(zhōng)成立，但在(zài)量子(zǐ)力學(xué)中(zhōng)不成立，這(zhè)可(kě)以驗證量子(zǐ)力學(xué)理論。雖然過去(qù)已有大量實驗支持量子(zǐ)力學(xué)，但是這(zhè)些實驗設計都存在(zài)漏洞。通(tōng)過無漏洞的(de)實驗來檢驗貝爾不等式，一(yī)直是國際物(wù)理學(xué)界競争最激烈的(de)挑戰之一(yī)。

從百公裡(lǐ)級到千公裡(lǐ)級，中(zhōng)國量子(zǐ)衛星的(de)成就(jiù)，讓量子(zǐ)通(tōng)信向實用化邁進了一(yī)大步，并從技術上驗證了構建全球量子(zǐ)通(tōng)信網絡的(de)可(kě)行(xíng)性。未來，利用衛星的(de)中(zhōng)轉，甚至可(kě)以實現地面上相(xiàng)距數千公裡(lǐ)甚至覆蓋全球的(de)廣域量子(zǐ)保密通(tōng)信。目前量子(zǐ)通(tōng)信的(de)一(yī)個主要的(de)挑戰是，如(rú)何在(zài)白(bái)天有大量光(guāng)量子(zǐ)的(de)情況下分(fēn)辨并接收到量子(zǐ)衛星的(de)信号，以實現量子(zǐ)通(tōng)信。“墨子(zǐ)号”衛星的(de)其他重要科學(xué)實驗任務(wù)，包括高速星地量子(zǐ)密鑰分(fēn)發、地星量子(zǐ)隐形傳态等，也(yě)在(zài)緊張順利地進行(xíng)中(zhōng)，預計今年(nián)會(huì)有更多(duō)科學(xué)成果陸續發布。