【要闻】“超时空传送”近了？

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中国科学家用第一颗量子科学实验卫星“墨子号”完成了从地面到太空的量子隐形状态的特殊实验。 这也是“墨子号”最难的实验，经常让人联想到科幻电影《星际旅行》的超时空传输。 他们是一回事吗？

8月10日凌晨，中国科学技术大学潘建伟、彭承志团队与中国科学院上海技术物所等机构合作，实现“墨子号”从卫星到地面的量子密钥各一个(星地高速量子密钥各一个)和从地面到卫星的量子隐形状态(地球量子隐形状态) 这是今年6月实现千公里级星地双向量子纠缠和量子力学非定位检测后中国科学家利用“墨子号”实现的另一重大突破。 中国科学院院长白春礼说，系列成果获得了巨大的国际声誉，标志着中国在量子通信行业的研究达到了国际全面领先的特征地位。

最新进展？ ？ 提前实现三个目标

什么是量子密钥？ 这必须从量子的特征和以前流传下来的新闻密码技术的“瓶颈”开始。 作为最小、不可分割的能量单位，量子具有不可克隆、“不可测量”等特征。 用量子制作“钥匙”传播新闻，一定会发现窃听，密文无法破译。 基于“量子密钥”的量子通信是“原理上无条件安全”的通信方法，也提供了解决新闻加密“瓶颈”的处理方案。

去年8月上升的世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”提供了通过太空“量子传密”的可能性。 根据实验，在1200公里的通信距离上，星地量子密钥的传输效率比地面光纤通道高1兆倍，卫星每秒平均发送4000万个信号光子，一次实验中生成300千比特( kbit )的密钥，平均编码率为1.1千比特/

从卫星到地面的量子密钥的发送和从地面到卫星的量子隐形状态是“墨子号”新实现的科学目标。 潘建伟、彭承志团队与中国科学院上海技术物理研究所等机构共同完成了上述重要成果，并在国际权威学术杂志《自然》上发表。 迄今为止，“墨子号”的三个既定科学目标都成功实现，为中国的未来继续领导世界量子通信技术的迅速发展和空之间尺度量子物理基本问题检测的前沿研究，奠定了坚实的基础。

星际旅行？ ？ 送实物还是幻想

星量子隐形状态是“墨子号”的重大科学目标。 “墨子号”通过时，与海拔5100米的西藏蚂蚁地面站建立光链路，地面光源每秒发生8000个量子隐形状态的事例，从500公里到1400公里的距离与卫星纠缠发射光子。 实验表明，6个传输等待状态都以99.7%以上的可靠性超过了经典的界限。

潘建伟说，量子隐形状态是量子通信的重要副本，不是利用量子纠缠发送物质本身，而是可以将物质未知的量子状态准确地发送到远处。 这就像孙悟空的“筋斗云”，在“星际迷航”中宇航员用特殊装置说“送我吧”，他瞬间转移到了别的星球。

当然，这只是个比喻。 科学家说，在量子隐形实验中，新闻不是实物。 把粒子a的未知量子状态送到远处的另一个粒子b，使b粒子的状态成为a粒子的最初状态。 虽然不是一个粒子而是观察状态，但a、b的空之间的位置不变，并不是将a粒子传递到远方。 b获得这种状态后，a的状态也必然发生变化，因为随时只有一个粒子处于目标状态，所以无法复制状态，或者是破坏性的复制。

人类想试着离开太阳系。 量子隐形状态在未来能成为人类星际旅行的方法吗？ 潘建伟指出，发送数十、数百个微粒子将在不久的将来实现，但发送许多复杂的实物至今仍是科学幻想。 人类由10的28次方个粒子构成，所以人类用这种方法进行星际旅行还是不可能的梦想。 但是，他还说:“虽然不能说超时空传输真的可以实现，但是科学的迅速发展是无法预测的。”

现实意义？ ？ 全球量子通信互联网的基础。

量子通信如何能安全、长距离、实用化是最大的挑战，世界这个行业的科学家为此奋斗了几十年。 最直接的方法是光纤传输。 但是，由于量子是“脆弱的”，所以用光纤传输的距离有限。 量子通过地面光纤传输的损失很大，也不能像以前传输的通信那样进行“信号放大”。

“光信号通过外太空的损失小，可以扩大量子通信距离。 》中国科学院上海技术物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇表示，“由于卫星具有容易复盖整个地球的独特特征，因此是在世界范围内实现超远程实用化量子密码和量子隐形状态的最有前途的方法。

从本世纪初开始，这个方向成为国际学术界激烈角逐的焦点，但难度也非常高。 王建宇说过比喻。 星际之间的量子连通有多难？ 例如，像在1万米高空向地面的存钱罐扔硬币一样，需要正确地向存钱罐的狭窄入口扔硬币。

潘建伟队的研究一直走在世界最前线。 关于这次发表的成果，《自然》的物理科学主编卡尔济耶梅松鼠表示“非常兴奋”。 研究小组发送了相互交织的光子安全重要的量子密钥，“量子密钥是保证通信极其机密性的密钥”。

“这一成果为构建复盖世界的量子秘密通信网络奠定了可靠的技术基础。 ”。 潘建伟说，以一颗颗星星的量子密钥为基础，可以可靠地转播卫星，实现地球上任意两点的密钥共享，将量子密钥一颗一颗地扩展到世界上。

“通过将卫星、地面站、城市间光纤量子通信网相互连接，可以进一步构筑复盖世界的天地一体型秘密通信网。 ”。 潘建伟说。

量子隐形状态不是以前传来意义上的“瞬间传输”，但为将来开展空间尺度量子通信网络研究和空间量子物理学和量子引力实验检查等研究奠定了可靠的技术基础。 自然杂志的评论员评价说:“这些结果代表了远距离量子通信在继续探索中的重大突破。”

卡尔·杰梅里斯说，这两篇论文的发表意味着潘建伟团队顺利完成了三个量子实验的展示，这些实验将成为世界上所有空之间基于量子互联网的核心组成部分。

■名词解释

◎量子密钥一个一个地送到:

通过量子状态的传输，远程顾客无条件共享安全密钥，利用该密钥严重加密新闻，是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全通信方法。

◎量子隐形传态:

是量子通信的重要拷贝，利用量子纠缠可以把物质的未知量子状态正确地送到远处而不是发送物质本身。 在量子隐形实验中，传来的不是实物而是新闻。

展望

“量子星座”在路上

随着“墨子号”所有既定科学目标的提前完成，这个项目划上了圆满的句号，也打开了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检查的大门。

潘建伟表示，他的研究小组与欧洲量子通信小组合作，逐一发行洲际量子密钥，目前正在顺利完成与奥地利图表地面站的对接测试，展开逐一发行量子密钥的实验，具备洲际量子保密通话的条件 德国、意大利等科研小组也报名参加了。

然后，研究小组致力于实现融合量子通信和古典光通信的安全新闻传输。 换句话说，量化保密技术与当前采用的传统通信互联网无缝链接。

在更长期的计划中，中国科学家的目标是建立全球化的量子通信网络。

王建宇说，单一的低轨道卫星不能直接覆盖世界。 现在，“墨子号”越境开展实验的时间约为10分钟。 如果卫星在1万公里的轨道上，发送钥匙的时间将持续几个小时。 如果卫星在3.6万公里的轨道上，地球的三分之一一直可以看到卫星，这些地方随时都可以秘密通信。 理论上三颗高轨道卫星可以覆盖世界。

“所以《墨子号》只是一个起点，从实用的角度来说，必须构建由高、中、低轨道卫星构成的量子星座，建立复盖世界的量子通信网络。 ”。 王建宇说:“我们通过10年左右的努力，最终构建了完整的空地一体广域量子通信互联网系统，广泛应用于国防、政务、金融、能源等行业，与古典通信互联网无缝对接，在国际上 我也想探索广义相对论、量子引力等物理学基本原理的验证”。

潘建伟说:“如果国家支持发射多个量子通信卫星，那么到2030年左右，就有望建设全球化的广域量子通信网络。”

综合新华社电