6月15日，德令哈量子衛(wèi)星地面站的科研人員李雙林在整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。新華社記者 冀澤攝

　　6月15日，在烏魯木齊南山觀測(cè)站，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星過(guò)境，科研人員在做實(shí)驗(yàn)（合成照片）。新華社記者 金立旺攝

美國(guó)《科學(xué)》雜志封面。新華社記者 金立旺攝
　　升空整整10個(gè)月之后，“墨子號(hào)”終于再次傳來(lái)好消息，當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月15日，美國(guó)《科學(xué)》雜志以封面論文形式，報(bào)道了中國(guó)“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)上千公里量子糾纏的消息，相較于此前144公里的最高量子傳輸距離紀(jì)錄，這次跨越意味著絕對(duì)安全的量子通信離實(shí)用又近了一步。
　　空間尺度上實(shí)現(xiàn)“鬼魅般的超距作用”
　　由于量子糾纏非常脆弱，會(huì)隨著光子在光纖內(nèi)或者地表大氣中的傳輸距離而衰減，以往的量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)只停留在百公里的距離。量子糾纏“鬼魅般的超距作用”在更遠(yuǎn)的距離上是否仍然存在？會(huì)不會(huì)受到引力等其他因素的影響？這些基本物理問(wèn)題的驗(yàn)證都需要實(shí)現(xiàn)上千公里甚至更遠(yuǎn)距離的糾纏分發(fā)；另一方面，要實(shí)現(xiàn)廣域的量子網(wǎng)絡(luò)也自然要求遠(yuǎn)距離的糾纏分發(fā)。
　　理論上有兩種途徑可以擴(kuò)展量子糾纏分發(fā)的距離。一種是利用量子中繼，盡管量子中繼的研究在近些年已取得了系列重要突破，但是目前仍然受到量子存儲(chǔ)壽命和讀出效率等因素的嚴(yán)重制約而無(wú)法實(shí)際應(yīng)用于遠(yuǎn)程量子糾纏分發(fā)。另一種是利用衛(wèi)星，因?yàn)樾堑亻g的自由空間信道損耗小，在遠(yuǎn)程量子通信中比光纖更具可行性，結(jié)合衛(wèi)星的幫助，可以在全球尺度上實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的量子糾纏分發(fā)。
　　但棘手的問(wèn)題在于，糾纏態(tài)的量子會(huì)在通過(guò)空氣等介質(zhì)的時(shí)候急劇衰減。所以，目前量子密鑰的最長(zhǎng)距離也就只有幾百公里。作為解決辦法，量子中繼器能夠通過(guò)放大量子信號(hào)的方式延展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，但這一技術(shù)尚未成熟。許多物理學(xué)家于是夢(mèng)想通過(guò)衛(wèi)星在幾乎真空的太空環(huán)境中傳輸量子信號(hào)。
　　實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于“從地面上及時(shí)看到有人在月球上擦火柴”
　　這次接收量子信號(hào)的兩個(gè)地面站分別是青海德令哈站和云南麗江高美古站，兩地相距1203公里，衛(wèi)星的工作高度約為500公里。
　　而在每晚僅有5分鐘的時(shí)間窗口期間之內(nèi)，研究團(tuán)隊(duì)要保證做到兩地可以同時(shí)接收到衛(wèi)星所發(fā)出來(lái)的信號(hào)，衛(wèi)星上的糾纏源載荷每秒產(chǎn)生800萬(wàn)個(gè)糾纏光子對(duì)，建立光鏈路可以以每秒1對(duì)的速度在地面超過(guò)1200公里的兩個(gè)站之間建立量子糾纏，該量子糾纏的傳輸衰減僅僅是同樣長(zhǎng)度最低損耗地面光纖的一萬(wàn)億分之一。
　　但實(shí)驗(yàn)操作本身并不容易，研究團(tuán)隊(duì)必須克服許多障礙，例如，衛(wèi)星以約每秒8公里的速度在太空中飛行，科學(xué)家需要想方設(shè)法將衛(wèi)星發(fā)回的光子束聚焦在地面站上。
　　新加坡國(guó)立大學(xué)物理學(xué)家亞歷山大·林說(shuō)：“這是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，也非常值得嘗試。”這種方式對(duì)精度要求極高，好比有人在月球上擦一根火柴，在地面用望遠(yuǎn)鏡必須及時(shí)捕捉到。
　　5年內(nèi)或出現(xiàn)真正實(shí)用“量子衛(wèi)星”
　　“在接下來(lái)的5年里，我們計(jì)劃推出一些真正實(shí)用的量子衛(wèi)星?！痹擁?xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉說(shuō)，“這項(xiàng)工作為未來(lái)開(kāi)展大尺度量子網(wǎng)絡(luò)和量子通信實(shí)驗(yàn)研究，以及開(kāi)展外太空廣義相對(duì)論、量子引力等物理學(xué)基本原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)?！?br/>　　潘建偉團(tuán)隊(duì)的成果迅速引起世界關(guān)注。
　　美國(guó)麻省理工學(xué)院凱克極限量子信息理論中心主任塞思·勞埃德說(shuō)：“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明遠(yuǎn)距離量子通信確實(shí)在技術(shù)上可行，讓人們看到了在不久的未來(lái)構(gòu)建遠(yuǎn)程量子通信的希望?！?br/>　　曾推動(dòng)歐洲航天局的量子衛(wèi)星研發(fā)計(jì)劃的奧地利物理學(xué)家塞林格表示，潘建偉團(tuán)隊(duì)證明“中國(guó)做出了正確的決定”，“我個(gè)人認(rèn)為，未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)將建立在量子理論的基礎(chǔ)之上”。
　　目前，世界各國(guó)也在加快其量子空間實(shí)驗(yàn)研發(fā)腳步：澳大利亞的物理學(xué)家們合作一個(gè)在兩顆衛(wèi)星之間發(fā)送量子信息的項(xiàng)目；加拿大航天局最近宣布將資助小型量子衛(wèi)星的研發(fā)項(xiàng)目；歐洲和美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將量子儀器帶上國(guó)際空間站。
　　“‘墨子號(hào)’目前只能在夜間環(huán)境下工作”，潘建偉表示，除了量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)外，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的其他重要科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，包括高速星地量子密鑰分發(fā)、地星量子隱形傳態(tài)等，也在緊張順利地進(jìn)行中，預(yù)計(jì)今年會(huì)有更多的科學(xué)成果陸續(xù)發(fā)布。他呼吁，為使我國(guó)的團(tuán)隊(duì)可以繼續(xù)領(lǐng)跑世界，希望國(guó)家嘗試發(fā)射更多的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星能夠發(fā)出更強(qiáng)、雜質(zhì)更少的光束，甚至在陽(yáng)光照射下也能檢測(cè)到，量子衛(wèi)星通信的愿景愈發(fā)清晰。
（原載于《科技日?qǐng)?bào)》 2017-06-19 01版）