 在量子加密通訊的研究領(lǐng)域,，如何長距離傳輸纏結(jié)光子一直是個(gè)很大的難題。不過最近中國的科學(xué)家們,，利用 2016 年 8 月發(fā)射的墨子號(hào)量子衛(wèi)星,，在這件事上取得了一些突破。 20 年前,，科學(xué)家們對(duì)于“量子力學(xué)傳送”這件事還只是處在猜測(cè)階段,，但時(shí)至近年，中國在 2016 年 8 月領(lǐng)先全球發(fā)射了首枚量子衛(wèi)星,，據(jù)稱可確保中國在未來的通訊免于黑客攻擊和竊聽,，在那之后，世界各國紛紛開始研究量子衛(wèi)星和量子加密通訊的研究,。 如何長距離傳輸糾纏光子一直是個(gè)很重要的難題,，2016 年中國科學(xué)家在這方面又有突破，它們成功向相距 1,203 公里的青海德令哈市和云南麗江兩個(gè)地面站分發(fā)糾纏態(tài)的量子，是全球首次證明量子糾纏的距離可達(dá)如此遠(yuǎn)的距離,，為未來量子通訊實(shí)用踏出一大步,。 而最近，這群科學(xué)家們又有新的突破,，他們成功地從地球傳送光子（photon）到 500 公里遠(yuǎn)以外的衛(wèi)星上,。 這一次中國科學(xué)家的突破是從 2016 年墨子號(hào)升空以后，就一直在測(cè)試的目標(biāo)之一,。團(tuán)隊(duì)不只成功的第一次將光子傳送到衛(wèi)星上,，他們也成功地在衛(wèi)星和地球之間建立了量子網(wǎng)絡(luò)連接。 中國團(tuán)隊(duì)在 MIT Technology Review 上表示,，“長距離傳送已經(jīng)被認(rèn)為是大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計(jì)算等協(xié)議的基本要素,。在此之前，由于光纖或地面自由空間通道中的光子可能有損失的風(fēng)險(xiǎn),，之前的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)被限制在 100 公里的距離上,。”這一次的突破,，可謂打破先前的所有障礙,。 “傳送”是什么 當(dāng)提到“傳送”這個(gè)字眼的時(shí)候你會(huì)想到什么？像是科幻電影中常見的人類瞬間移動(dòng)這樣的畫面嗎,？事實(shí)上,，量子傳送的定義不太一樣，量子傳送必須仰賴在所謂的“量子糾纏”上,。 “量子糾纏”被愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”,，因?yàn)樵诳臻g中超越光速的資訊傳遞顯然違反了相對(duì)論。它是兩個(gè)（或多個(gè)）粒子共同組成的量子狀態(tài),，無論粒子間隔多遠(yuǎn),，測(cè)量其中一個(gè)粒子必會(huì)影響其他粒子，這被稱為量子力學(xué)非定域性,。 2016 年升空的“墨子號(hào)”,，其任務(wù)之一就是從衛(wèi)星向地面發(fā)射糾纏量子，而這一次的成功傳送是科學(xué)家們首次成功在實(shí)驗(yàn)室以外的地方傳送,。  在 2015 年的時(shí)候,，來自荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）和西班牙以及英國的科學(xué)家們?cè)凇蹲匀弧穼W(xué)術(shù)期刊上發(fā)布過論文，提供了新的關(guān)于量子糾纏效應(yīng)確實(shí)存在的實(shí)驗(yàn)證明,。 研究人員把兩顆鉆石分別放在大學(xué)校園的兩端（距離為 1.3 公里）,，每顆鉆石內(nèi)含有一個(gè)可以俘獲單個(gè)電子的微小空間。校園兩端設(shè)有探測(cè)器,，以確保分別放置在兩顆鉆石內(nèi)的電子之間無法以傳統(tǒng)的物理方式交換信息,。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,，這一對(duì)電子之間確實(shí)存在某種“超越時(shí)空”的連接。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)同時(shí)展示了利用量子糾纏實(shí)現(xiàn)安全加密技術(shù)的可行性,，并朝著“量子網(wǎng)絡(luò)”的實(shí)際應(yīng)用前進(jìn)了一步,。 “量子糾纏”的效應(yīng)在兩物體之間產(chǎn)生的連結(jié)，可以借由類似“下載”的模式,，將其中一個(gè)光子上的相關(guān)資訊借由該連結(jié)傳送到另一個(gè)光子上,，后者將會(huì)承襲前者。這就是“量子傳送”,。 從中國科學(xué)家這一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,，他們?cè)谛l(wèi)星和地面間建立的量子糾纏大約是每秒 4,000 亮子的頻率，他們持續(xù)將這每秒 4,000 亮子的其中一個(gè)亮子照到衛(wèi)星上,，然后讓另一個(gè)亮子待本地球,。最后，他們發(fā)現(xiàn)地球和衛(wèi)星上的亮子之間確實(shí)有發(fā)生量子糾纏,。 還有很長的路要走 值得注意的是,，盡管這是量子傳送技術(shù)往前邁進(jìn)的一大步，但目前這項(xiàng)科技還是有許多限制,，例如,，想要傳送任何比光子還要大的物件，目前來說是不可能,。此外,，在理論上來說，量子傳送的距離基本上可以說是毫無限制,，但量子糾纏的連接非常脆弱，很容易就會(huì)中斷,。 盡管如此,，研究團(tuán)隊(duì)還是表示，“這項(xiàng)工程首次建立了地對(duì)衛(wèi)星之間能進(jìn)行超遠(yuǎn)程距量子傳送的想法,，對(duì)于實(shí)現(xiàn)全球量子網(wǎng)絡(luò)來說是一項(xiàng)重大邁進(jìn),。”
|
|
|
