量子卫星打破了量子纠缠记录

Emily+Conover

产生于空间中的光粒子通过量子关联的形式连接于2座城市之间，它们的距离达到此前任何试验距离的10倍以上。

1颗量子通讯卫星向地球发射光子，并将光子的距离分隔为1200多千米。这项壮举显示出，光粒子依然可以保持被称为“量子纠缠”的奇怪的关联状态，甚至被抛向一个国家的另一端也是如此，中国的科研人员将这一结果在6月16日出版的《科学》杂志上作了报告。此前的距离记录为100千米。发射于2016年的独一无二的卫星正在为量子通讯的天基网络打下基础。

“对于量子纠缠及量子科学来说，这是一项巨大的成就，”来自于加拿大滑铁卢大学的物理学家Thomas Jennewein说道。

科学家此前曾向1颗卫星发射光子并完成返回，但那些粒子并没有发生纠缠。直到现在，也没有人能够在宇宙空间分布纠缠粒子。“显然，中国目前在量子通讯领域已处于世界领先地位，”Jennewein说道。

这项技术拥有重要的科技应用前景。“此项试验对于未来量子网络的发展至关重要，”来自于维也纳大学的物理学家Anton Zeilinger说道。这种网络将使超可靠通讯成为可能，并可跨越全球连接量子计算机。

在两个粒子之间有一条缥缈的纽带，纠缠是量子网络的最本质要素。纠缠的粒子不能被独立描述；相反，它们形成一个单元，即使被分隔于远方。测量一个纠缠的粒子便可立即显示出另一个的状态。为了执行量子通讯，科学家从各个地方发送了纠缠的光子。但是光子只能够通过空气或者光纤在被物质材料吸收之前传播到远方，这就限定了可能通讯的距离。在虚空中，光子可以传播得更远。

中国的这颗卫星被命名为“墨子号”，墨子是中国古代的一名哲学家。使用这颗卫星，研究人员向其下方位于中国北部的德令哈及位于中国南部的丽江发射了相互纠缠的光子对。在那里，瞄向卫星的望远镜探测到了粒子。为了確认粒子处于纠缠状态，以及量子力学所具有的奇异特性，研究人员使用光子对进行了贝尔实验（Belltest），贝尔实验可用来分析两个粒子间的相关性。实验再次确认了这种在远超以前所达到距离情况下的超小粒子的奇异物理现象。

为了完成试验，研究人员不得不升级他们的量子设备以使其在宇宙空间工作。那项技术令人惊叹不已，来自于慕尼黑Ludwig-Maximilians大学的物理学家Harald Weinfurter说道。

“这是从室内试验到真正工作于卫星设备所迈出的一大步，”他说道。在空间中，灵敏的元器件必须要面对恶劣的环境，诸如波动的温度及振动。同时，为了装载入卫星，全部包裹必须要小且轻。

光子检测也是件令人生畏的事情。墨子卫星位于地球上方500千米的高空，在它呼啸飞过时，引导激光帮助研究人员将地基望远镜指向正确的方向来捕获光子。其精密程度就像在埃菲尔铁塔顶端瞄准一个人的头发丝。

研究人员表示，量子纠缠将会在未来成为全球通讯的一个重要资源。“今天我们的账单中包含有电费和水费”，来自于中国科学技术大学的物理学家，也是此项研究的合著者，物理学家陆朝阳说道：“当量子纠缠作为量子通讯的一项基本要求时，或许某一天我们还需要付一些量子纠缠的费用呢！”endprint