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自豪!近日,中国科学家拿下科技巅峰,震惊西方媒体
时间:2017-06-27来源:无


震惊世界的里程碑式突破!

6月16日,我国科学家利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发,并在此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究,以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。


6月15日发布的美国《科学》杂志封面上,“墨子号”从星空向地面发出两道光,宛如两条长腿向前迈出一大步,这也象征着量子通信向实用领域迈出一大步。文章中写道,中国首次实现了从太空到地面的长距离光子运输科学家们通过“墨子号”分别向青海德令哈站和云南丽江站发射光子,两个地面站相距1203公里。这远远打破了143公里的传输记录。以往由于没有量子卫星,国内外量子通信地面实验传输距离一直停留在一百公里量级。因为量子地面传输无论通过光纤或大气都有较大信号损耗。改用卫星从太空中分发,可以大幅缩小信号衰减。这种方式对精度要求极高,好比从万米高空的飞机上扔下一连串硬币,在地面上用存钱罐接住,位置、角度、接收顺序需丝毫不差。


杂志称中国科学家首次实现的千公里级量子纠缠是“一项里程碑式的研究”“毫无疑问将在学术界和广大社会公众中产生巨大影响”。



绝对保密的通信   想偷窥中国的秘密将不可能

量子,可谓世界上最玄妙的东西。量子卫星,运用的最基本的原理,就是神一样的量子叠加和量子纠缠现象。啥叫量子叠加原理?就是如果人不观测量子,量子可能满世界都是。但是,只要人一观测它,它马上随机呈现出固定的形态。量子纠缠是一种奇特的量子力学现象。两个处于纠缠状态的量子无论相隔多远,一个量子变化必然导致另一个量子的连锁反应。技术当前最大的运用,就是量子通信一种是量子保密通信(量子密钥分发);另外一种是量子隐形传态。传统的通信卫星使用无线电波传输信号,而量子通信卫星使用的则是一种结晶体,这种结晶体可以产生一对相互纠缠的光子。这对光子即使相距遥远,其属性仍然会纠缠在一起,而信号就能通过操作这些属性来传输。


这是一种全新的通信方式,做任何手脚都会被察觉出来。正因如此,利用量子通信沟通的双方可以放心地进行秘密交流,而不需要担心被窃听。量子保密通讯是最安全的通讯。为什么?因为它的密钥,是量子。本来量子是化身千千万,一旦有人想动一下量子密钥,哪怕是看一眼,无处不在的量子,就停滞成固态了,马上就会被人发现。所以,到那时,想窃取我们国家的秘密,门都没有。量子隐形传态,则是利用了量子纠缠的原理,通过隐形传输实现信息传递。现在信息传递,总要通过电波或某种载体,而量子信息传递则不需要,这一边量子一动,另外一个纠缠中的量子也随之而动,其中的关联没有任何载体,如果有,那可能是“鬼”。而鬼,既观测不到,也无法捕捉,因此,更不可能泄露一点秘密。



▲ 处于纠缠状态的两个量子不论相距多远,都存在一种关联。


他国还在喋喋不休,中国已经默默收获


研究人员一直想要远距离内实现量子纠缠。但是,质子在穿越空气和光纤时,会被分散、吸收,量子纠缠的距离一直无法得到突破。这次,中国科学家在三个量子通信地面站间,利用“墨子号”实现了量子纠缠,每个地面站间都相距1000公里以上,实验结果严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。这项实验的成功,使得安全通信成为可能,也为未来展开更大尺度的实验奠定基础。



▲  “墨子号”发射升空


去年8月份,中国成功发射全球首颗量子通信卫星“墨子号”。研究人员希望,通过这颗卫星,利用量子技术将信息从太空传输到地球。这种技术很多国家的科学家们都在研究。




但是,来自外界的质疑从未平息。发射前,就有人质疑中国的量子卫星能否工作。还有学者认为中国发射的动机之一是要与美国抗衡。美国国防部还曾警告,量子通信技术能让中国在未来某一刻危机发生时,杜绝竞争对手动用任何太空装备的可能。不过,有美国媒体曾指出,美国对中国在量子技术上领先所展现的态度,是傲慢的表现。实际上,来自加拿大、日本、意大利、新加坡等国的研究人员都有透露,有在太空中进行量子实验的计划,包括一个提议在国际空间站进行实验的计划。而在过去两年间,中国的研究人员一直在试验,以证实在远距离内,量子纠缠是可以实现的。在他国还在对中国的实验喋喋不休时,中国已经默默取得成就。


进击科学巅峰,中国人靠自己!


还记得96年的台海危机吗?当时中国举行了规模浩大的军演,却在演习中,中国两枚导弹完全失去了目标,这是因为美国关闭了GPS导航,同样,今天你手机上的GPS导航与定位,美国依旧可以轻松关闭。但有了天宫二号里的冷原子钟,3000万年误差仅为一秒,可以大幅度提高中国北斗的精度,我们再不用受制于人。


附:关于量子和量子纠缠分发


量子:物理学中常用到量子概念,它是构成物质的基本单元,是能量的最基本携带者,不可再分割。


量子纠缠:这是一种奇怪的量子力学现象,处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联,其中一个量子状态发生改变(比如人们对其进行观测),另一个的状态会瞬时发生相应改变。这种“心灵感应”似的神秘关联被称为量子非定域性,爱因斯坦称其为“鬼魅般的远距作用”。


纠缠光子:光子也是一种量子,处于纠缠状态的光子被称为纠缠光子。


纠缠分发:就是把制备好的两个纠缠量子分别发送到相距很远的两个点,通过观察两个点的测量结果是否符合贝尔不等式来检验量子纠缠的存在。这是验证远距离量子力学正确性和实现广域量子网络必不可少的手段。


贝尔不等式:这是1964年由物理学家约翰·贝尔提出的一个数学不等式,在经典物理学中成立,但在量子力学中不成立,这可以验证量子力学理论。虽然过去已有大量实验支持量子力学,但是这些实验设计都存在漏洞。通过无漏洞的实验来检验贝尔不等式,一直是国际物理学界竞争最激烈的挑战之一。


从百公里级到千公里级,中国量子卫星的成就,让量子通信向实用化迈进了一大步,并从技术上验证了构建全球量子通信网络的可行性。未来,利用卫星的中转,甚至可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖全球的广域量子保密通信。目前量子通信的一个主要的挑战是,如何在白天有大量光量子的情况下分辨并接收到量子卫星的信号,以实现量子通信。“墨子号”卫星的其他重要科学实验任务,包括高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等,也在紧张顺利地进行中,预计今年会有更多科学成果陆续发布。