全世界科学家都想做的实验，中国科学家首先成功了 | 科技袁人

科学

2022-06-15 12:06

导言：

最近，媒体热报中国科学技术大学又用“墨子号”量子科学实验卫星实现了1200公里的……1200公里的什么呢？

■ 视频链接：

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本视频发布于2022年6月3日，观看量已达15.9w

■ 精彩呈现：

最近，媒体热报（《新！纪！录！》）中国科学技术大学又用“墨子号”量子科学实验卫星实现了1200公里的……1200公里的什么呢？大多数人恐怕就一头雾水了。我来向大家简单地解读一下。

首先，需要明白这是“量子通信”领域的一个成果。然后，需要明白量子通信并不是一个技术，而是一个大的研究领域，包含若干种不同的技术。

这些技术中最接近日常生活的是“量子保密通信”或者称为“量子密码”，即一种保密传输信息的方法。当媒体报道量子通信如何如何时，十有八九是在特指量子保密通信。然而，量子通信中还包括其他技术，例如“量子隐形传态”，即把一个粒子的状态从一个地方传到另一个地方的另一个粒子上去，相当于科幻电影中的传送术。这次实验做的就是量子隐形传态。新闻把它称为量子态远程传输或远距离量子态传输，说的就是量子隐形传态的效果。

下一层问题是：如何实现量子隐形传态？答案是比较复杂。如果你想了解详细的步骤，那么你需要看我的科普书《量子信息简话》。我可以保证，你看了以后就完全明白原理了。

如果你只想知道最基础的回答，那么就是：需要一对处于量子纠缠的粒子A和B，分别位于甲和乙两个地方。然后，待传输的粒子叫做C，请注意它既不是A也不是B，而是第三个粒子，它和A一起位于甲处。对A、B、C这个三粒子体系做一系列操作，就可以实现最终的目标：把C的状态传给乙处的B。最终，B粒子的状态变成了C粒子最初的状态，而C粒子的状态发生某种随机性的改变。所以量子隐形传态是状态的移动，而不是复制。打个比方，甲处有一辆汽车，乙处有一堆汽车零件，通过量子隐形传态，我们可以让乙处的汽车零件组装成汽车，同时甲处的汽车就解体了，永远不会出现同样的两辆汽车。

了解了这些背景知识，就可以来看这次的成果是什么了。2016年，中国发射了世界第一颗量子科学实验卫星墨子号。2017年，潘建伟院士等人用墨子号实现了相距千公里的双站纠缠分发（http://news.ustc.edu.cn/info/1055/79067.htm），即在卫星上制备两个处于纠缠的粒子，然后把一个发到德令哈地面站，另一个发到丽江地面站，两个地面站相距1203公里。这项成果当时在学术界引起了轰动，被作为《Science》杂志的封面。但这样的纠缠粒子对有什么用呢？现在大家知道了，可以用来做量子隐形传态。

5年之后的2022年，他们终于以卫星纠缠分发为基础实现了这两个地面站之间的量子隐形传态。这里需要突破很多技术障碍。了解了这个大图景，你就可以理解新闻中的这段话：

近期，潘建伟团队创新性地将光学一体化粘接技术应用到空间量子通信领域，实现了具有超高稳定性的光干涉仪，无需主动闭环即可长期稳定，克服了远距离湍流大气传输后的量子光干涉难题。他们结合基于双光子路径—偏振混合纠缠态的量子隐形传态方案，在中国云南丽江站和青海德令哈地面站之间完成了远程量子态的传输验证，并且在实验中对六种典型的量子态进行了验证，传送保真度均超越了经典极限。

即使你听不懂细节，也可以明白，这些就是他们面临的技术障碍以及他们的突破方法，就是为什么这样的实验所有国家的科学家都想做而首先由中国科学家做出来了。

此外，新闻还会说这个成果是“十年十倍”，在十年内把地表量子隐形传态的距离提高到了十倍。这是什么意思呢？因为最初的量子隐形传态实验，都是在光纤中做的。能不能在自由空间即空气或真空里做？最初没人知道，潘建伟团队首先实现了它。2012年，他们在青海湖实现了97公里的自由空间量子隐形传态，这是十年来的世界纪录。现在，他们把这个距离提高到了十倍。

如果你非常细心，你还会问：为什么要说“地表”？原因是，2017年，他们还实现了从西藏阿里地面站到墨子号卫星的量子隐形传态。这个距离就更长了，可达1400公里。但这跟在地面上传是不一样的，因为大气层的厚度只有10公里左右，出了大气层就是真空，光子就不会衰减了。因此，在地表传上千公里是个困难得多的任务，要到2022年才实现。

最后，无论你听懂了多少，相信你至少都听懂了一件事：中国科学家再次取得量子通信重要成果，在这个领域遥遥领先。量子世界还有无尽的奇妙，等着大家去探索。

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■ 作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

■ 责任编辑：陈昕悦

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来源: qq

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