回答爱因斯坦“百年之问”　中国量子研究领先世界

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新华社合肥6月16日电:回答爱因斯坦的“百年问题”，中国的量子研究领先世界

新华社记者董瑞峰，周琳徐海涛

“幽灵般的远距离行动”——近一百年前，爱因斯坦质疑量子纠缠，这激励了几代科学家不断地研究和验证它。科学探索的过程也催生了“量子革命”，它催生了激光、半导体和核能等革命性技术，改变了人类文明的进程。

在新的时代，越来越多的中国科学家参与其中。中国科学院联合研究小组在中国科学院空科学战略科技先导项目的支持下，最近率先利用国际同行称之为“世界领先”的墨子量子卫星成功实现了世界上数千公里的双向量子纠缠分布。

证实“幽灵般的距离效应”，回答爱因斯坦的“百年问题”

当两个量子“纠缠”在一起时，一个会改变，另一个会“短暂”，不管它们相距多远。——就像“心灵感应”一样，这就是量子力学理论中神奇的“量子纠缠现象”。

近一百年前，作为量子力学的先驱之一，爱因斯坦也感到“困惑”。由于当时缺乏检验能力，他认为也许量子理论是“不完整的”。

几代学者都研究过这种“幽灵般的距离效应”，但由于量子纠缠“太脆弱”，它会随着光子在光纤或表面大气中的传输距离而衰减。以前的实验只停留在100公里的距离，量子纠缠中仍然存在“漏洞”。

6月16日，由中国科技大学潘建伟教授和他的同事彭承志组成的研究小组宣布，最近利用墨子量子卫星成功实现了世界上数千公里的双向量子纠缠分布，并在此基础上实现了在空尺度上严格满足爱因斯坦局域条件的量子力学非局域测试。国际权威学术期刊《科学》以封面论文的形式发表了研究结果。

也就是说，通过“墨子”卫星，一对纠缠量子被从空台“分配”到青海德令哈和云南丽江的两个地面站。通过数千次量子实验，发现在两个相距1200多公里的实验站之间，量子的“纠缠效应”依然存在。

中国科学家用严格的科学证据回答了爱因斯坦的“百年问题”。

进入数千公里的数量级是一个质的飞跃。潘剑伟解释说，根据科学家构建的理论模型，重力会对量子纠缠产生退化效应。不进入一千公里的层次去设计实验，总是不可能验证量子力学的完整性。

自2003年以来，潘建伟的团队一直在进行长距离量子纠缠的实验。从13公里到100公里，他的团队一步一步走，始终处于国际领先地位。最后，通过位于泰空的“墨子”卫星，科学家们一直想象的实验变成了现实。

实验必须是“天堂”，才能为现代物理学提供新的探索技术

数百年前，伽利略建立了人类历史上第一架天文望远镜，开启了天文学的新时代。墨子的实验结果也提供了一种新的探索方法，这将为物理学的未来打开一扇门。

我们在空的时间是连续的吗？爱因斯坦、玻尔和其他科学巨人描述的宇宙中，哪一个更真实？"以前没有技术能力做这样的测试。"中国科技大学微尺度材料科学国家实验室的研究员彭承志说，例如，如果光子传播很远，如果空不平滑，就会发生振动。通过测量光子的偏振，我们可以验证哪个物理理论模型更精确。

然而，这种观测的能量和规模不能由地面实验室条件来完成。在理论物理领域，一些学者提出这些物理原理可以通过天文观测来检验，这使得现代科学建筑的基础更加坚实。

潘建伟说，墨子的最新实验结果为实验检验空广义相对论和量子引力等基本物理原理奠定了可靠的技术基础。

除了基础科学研究的重要作用外，实验结果还具有实际应用价值。

“量子密钥可以通过长距离量子纠缠来分发，然后就可以构建量子网络。”潘建伟说，向北京发射一个光子，向合肥发射一个光子，距离北京有1000多公里，可以在北京和合肥之间建立一个良好的量子信道，进行量子保密通信。

墨子的传播距离约为1200公里，并不太远。为什么不在地面上做实验呢？潘剑伟解释说，因为光子通过地面光纤传输，它们会损失很多，而光纤会“吃掉”一些信号。如果普通信号被削弱，它们可以被放大，但是量子纠缠信号不能被放大。

“如果量子纠缠是通过光纤传输的，那么目前可以想象的世界上最好的光纤将被集中起来架设1200公里。计算结果是，传输一个光子大约需要3万年。”潘建伟说，通过从外层空传输光子，损失可以减少到1万亿。目前，一个光子可以在一秒钟内传输，并且可以很快积累足够的实验数据。

迎接“第二次量子革命”，中国已经走在了前列

《科学》杂志16日刊登了《墨子》的最新实验结果，该国际权威学术期刊的多位评论家断言:“毫无疑问，它将对学术界和公众产生巨大影响。”

美国波士顿大学的量子技术专家Sergienko评论说，这是一个英雄史诗般的实验，中国研究人员的技能、坚持和奉献精神应该得到高度赞扬和认可。

加拿大滑铁卢大学的量子技术专家Jennewein说，世界上确实存在量子研究竞赛。这个中国团队已经克服了几个重大的技术和科学挑战，这清楚地表明他们在量子通信领域处于世界领先地位。

据了解，欧洲联盟、加拿大和日本的科学家呼吁并推动了类似的实验，但由于技术积累不足或财政支持不足，进展缓慢。

"这是我迄今为止取得的最好的科学成就。"潘剑伟说道。他将量子研究的快速发展归功于中国“专心做大事”的优势:上海技术物理研究所、微卫星创新研究所、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台和National/きだよ 0科学中心...墨子卫星的每一个组成部分都体现了各个科研机构的辛勤努力。

上海科技材料研究所研究员王建宇表示，量子纠缠的长距离分布需要极高的精度，就像从一架高度为10000米的空飞机上扔下一系列硬币，然后用一个存钱罐把它们抓在地上一样。“现代科学通常需要大型团队的合作。中国科学院结合了科学和工程领域的尖端力量。”

“不同的组织为我们提供了必要的基本组件，这为我们的创新理念提供了良好的工程基础。我在欧洲、美国和加拿大的同事都有这样的科学想法，但没有这样的团队来全力支持它们。”潘剑伟说道。

以量子卫星的最新实验结果为代表，中国正走向量子研究的前沿。今年5月，由潘剑伟团队开发的世界上第一台光学量子计算机问世，超越了早期的经典计算机。在不久的将来，世界上第一个实用的天地一体的广域量子通信网络将建成。

去年底，根据英国政府发表的《量子时代的技术机遇》报告，中国发表的量子技术论文居世界第一，专利申请居第二。在第二次量子革命的初期，中国突然崛起成为“领先阵营”。

在国家战略的支持下，中国量子研究人员增强了信心。许多量子研究领域的顶尖学者认为，“第二次量子革命”将带来巨大的技术和应用前景，也为中国未来从信息技术的追随者和模仿者转变为领导者带来巨大的机遇。

在泰空，“墨子”仍在不知疲倦地围绕地球旋转。除量子纠缠分布外，高速星地量子密钥分配和地球-卫星量子隐形传态等重要科学实验也正在顺利进行。潘建伟说，预计今年将陆续发布更多的科学成果。

来源：搜狐微门户