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　　6月16日國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》用封面形式發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、量子衛(wèi)星項目首席科學(xué)家潘建偉團(tuán)隊題為《基于衛(wèi)星的糾纏分發(fā)距離超過1200公里》的相關(guān)論文。圖為潘建偉在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化大樓報告廳作成果介紹。記者謝震霖攝

　　站在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化大樓報告廳的中央，中科院院士潘建偉難掩內(nèi)心的欣喜。6月16日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以封面文章，刊發(fā)了全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”上天以來的首個重大成果——在太空中回應(yīng)量子力學(xué)的百年之爭。

　　“這是我迄今最重要的成果!”潘建偉從未如此高調(diào)地評價過自己的成績，即使他和同事的成果曾六次入選英國物理學(xué)會評選的“年度物理學(xué)重大進(jìn)展”、五次入選美國物理學(xué)會評選的“年度物理學(xué)重大事件”、入選過英國《自然》雜志評選的“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”，也曾被美國《科學(xué)》雜志評為“年度十大科技進(jìn)展”。

　　“‘墨子號’是一種全新的科學(xué)研究工具，用它可以推開一扇扇我們甚至還沒想象出的科學(xué)之門。”潘建偉在接受媒體采訪時說，現(xiàn)在還只是鋒芒初試。

　　把實驗室搬到天地之間

　　量子之間“鬼魅般的超距作用”是否存在，是“玻爾-愛因斯坦論戰(zhàn)”的焦點。愛因斯坦認(rèn)為，這種狀態(tài)不應(yīng)該存在，因為這讓量子力學(xué)處于不完備的狀態(tài)，是一個成熟的理論體系不能容忍的?？刹枀s認(rèn)為，量子力學(xué)就是這樣的。他們誰正確呢？物理學(xué)家嘗試過許多次實驗，不過都無法滿足一個苛刻的條件——愛因斯坦定域性條件。

　　這個條件為何如此難以滿足？　因為愛因斯坦認(rèn)為，要確認(rèn)兩個量子糾纏之間的“超距作用”沒有“作弊嫌疑”，就必須讓兩個相互糾纏的量子分開，相隔的距離要比測得兩個光子狀態(tài)的時間乘以光速要遠(yuǎn)——這才可以證明，沒有“超距作用”之外的任何信號幫忙把一個量子的信息傳給另一量子，因為沒有什么粒子可以超過光速“奔跑”。

　　由于光子從進(jìn)入探測器到儀器測出結(jié)果，需要一定時間，所以要實現(xiàn)愛因斯坦界定的條件，兩個糾纏態(tài)量子必須分開足夠遠(yuǎn)。“這在地面上很難實現(xiàn)?！迸私▊フf，因為光子在光纖中會被大量吸收，而量子糾纏的信號一旦衰減就無法放大，所以即使用目前世界上最好的光纖，也得需要一萬億秒才可能將一個光子送達(dá)目標(biāo)，這顯然是無法忍受的。

　　然而光子穿透大氣，損耗要小得多。于是，潘建偉想到了利用衛(wèi)星與地面基站，建立一個天地尺度的大實驗室，進(jìn)行一次人類從未嘗試過的實驗。

　　慶幸自己回到了中國

　　“我剛提出這個設(shè)想時，幾乎沒人相信這事可以做成?！迸私▊フf，他慶幸自己從奧地利回到了中國，“當(dāng)時中國已經(jīng)在航天、衛(wèi)星設(shè)計方面有了相當(dāng)積累，當(dāng)我提出科學(xué)需求，很多團(tuán)隊都匯聚到一起，為同一個目標(biāo)而努力?！?/p>

　　2003年，潘建偉團(tuán)隊最早提出利用衛(wèi)星實現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏分發(fā)的方案，此后他們不斷驗證著方案的可行性。2011年底，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”正式立項，航天載荷、衛(wèi)星設(shè)計等各方力量都因這顆衛(wèi)星而凝聚。

　　從500公里的高空向地面基站發(fā)射光子，就好像在飛機(jī)上將一個一元大小的硬幣，投入地面上一個旋轉(zhuǎn)著的儲蓄罐的投幣口中。正因有了優(yōu)秀的載荷和地面量子終端，“墨子號”衛(wèi)星在今年1月18日正式開展實驗后，立刻收到了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。潘建偉興奮地說，原本準(zhǔn)備做一年的實驗，兩個月就完成了。

　　天地實驗過程中，“墨子號”衛(wèi)星每天經(jīng)過地面站一次，每次300秒，衛(wèi)星以每秒一對的速度，向地面站發(fā)送糾纏量子對。潘建偉說，他們很快積累了幾千個數(shù)據(jù)，相當(dāng)精確地計算出了貝爾不等式的值為2.39士0.09。

　　貝爾不等式是英國物理學(xué)家貝爾為驗證量子力學(xué)完備性而推導(dǎo)出的一個公式：如果實驗得到的值小于等于2，那么愛因斯坦的觀點是對的；如果在2-2.828之間，則玻爾贏了。

　　“新工具”開啟更多可能

　　其實，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星上的三大科學(xué)實驗全部都已成功完成，其他成果還將在今年陸續(xù)發(fā)布。繼中國“墨子號”之后，國際上掀起了一股量子空間實驗的熱潮：歐盟啟動量子實驗衛(wèi)星項目，加拿大也已為量子衛(wèi)星立項，美國科學(xué)家也呼吁恢復(fù)量子衛(wèi)星項目，日本、德國等也開始跟進(jìn)。

　　中國在這一領(lǐng)域占到了先機(jī)，潘建偉非常開心。因為，“墨子號”的作用不僅僅是這三大科學(xué)實驗，它還可以通過測量光子跑過長距離之后的極化變化，來檢驗量子引力模型——這也是量子力學(xué)的前沿問題；它也可以測量量子糾纏在引力影響下的衰退狀況，這對人類通過引力波認(rèn)識宇宙，將大有幫助；根據(jù)普朗克的預(yù)測，時空可能并不是連續(xù)的，而是存在很多小間隙，它還可以嘗試驗證時空的連續(xù)性……潘建偉說，每一種新工具的誕生，都會為人類認(rèn)識自然、解決科學(xué)問題，帶來很多新的可能性。

　　潘建偉透露，接下來將嘗試在北京與維也納之間開展密鑰分發(fā)和量子加密通話，此外還將嘗試讓衛(wèi)星可以24小時開展工作。“未來我們還想發(fā)射中高軌衛(wèi)星，使現(xiàn)在一天僅幾分鐘的實驗時間可以進(jìn)一步延長，甚至全天候工作。”他說，這次量子糾纏的檢驗實驗還有終極目標(biāo)未能達(dá)成——最令人信服的隨機(jī)數(shù)應(yīng)該由人產(chǎn)生，而人產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的時間在100-200毫秒之間，因此量子糾纏分發(fā)的距離需要拓展到至少幾萬公里。

　?。ㄔd于《文匯報》 2017-06-17 02版）