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

　　站在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化大樓報(bào)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(guó)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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”上天以來(lái)的首個(gè)重大成果——在太空中回應(yīng)量子力學(xué)的百年之爭(zhēng)。
　　“這是我迄今最重要的成果!”潘建偉從未如此高調(diào)地評(píng)價(jià)過(guò)自己的成績(jī)，即使他和同事的成果曾六次入選英國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大進(jìn)展”、五次入選美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大事件”、入選過(guò)英國(guó)《自然》雜志評(píng)選的“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”，也曾被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為“年度十大科技進(jìn)展”。
　　“‘墨子號(hào)’是一種全新的科學(xué)研究工具，用它可以推開(kāi)一扇扇我們甚至還沒(méi)想象出的科學(xué)之門(mén)。”潘建偉在接受媒體采訪時(shí)說(shuō)，現(xiàn)在還只是鋒芒初試。
　　把實(shí)驗(yàn)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(ài)因斯坦論戰(zhàn)”的焦點(diǎn)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，這種狀態(tài)不應(yīng)該存在，因?yàn)檫@讓量子力學(xué)處于不完備的狀態(tài)，是一個(gè)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(shuí)正確呢？物理學(xué)家嘗試過(guò)許多次實(shí)驗(yàn)，不過(guò)都無(wú)法滿足一個(gè)苛刻的條件——愛(ài)因斯坦定域性條件。
　　這個(gè)條件為何如此難以滿足？　因?yàn)閻?ài)因斯坦認(rèn)為，要確認(rèn)兩個(gè)量子糾纏之間的“超距作用”沒(méi)有“作弊嫌疑”，就必須讓兩個(gè)相互糾纏的量子分開(kāi)，相隔的距離要比測(cè)得兩個(gè)光子狀態(tài)的時(shí)間乘以光速要遠(yuǎn)——這才可以證明，沒(méi)有“超距作用”之外的任何信號(hào)幫忙把一個(gè)量子的信息傳給另一量子，因?yàn)闆](méi)有什么粒子可以超過(guò)光速“奔跑”。
　　由于光子從進(jìn)入探測(cè)器到儀器測(cè)出結(jié)果，需要一定時(shí)間，所以要實(shí)現(xiàn)愛(ài)因斯坦界定的條件，兩個(gè)糾纏態(tài)量子必須分開(kāi)足夠遠(yuǎn)。“這在地面上很難實(shí)現(xiàn)。”潘建偉說(shuō)，因?yàn)楣庾釉诠饫w中會(huì)被大量吸收，而量子糾纏的信號(hào)一旦衰減就無(wú)法放大，所以即使用目前世界上最好的光纖，也得需要一萬(wàn)億秒才可能將一個(gè)光子送達(dá)目標(biāo)，這顯然是無(wú)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(gè)天地尺度的大實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行一次人類(lèi)從未嘗試過(guò)的實(shí)驗(yàn)。
　　慶幸自己回到了中國(guó)
　　“我剛提出這個(gè)設(shè)想時(shí)，幾乎沒(méi)人相信這事可以做成?！迸私▊フf(shuō)，他慶幸自己從奧地利回到了中國(guó)，“當(dāng)時(shí)中國(guó)已經(jīng)在航天、衛(wèi)星設(shè)計(jì)方面有了相當(dāng)積累，當(dāng)我提出科學(xué)需求，很多團(tuán)隊(duì)都匯聚到一起，為同一個(gè)目標(biāo)而努力?！?br/>　　2003年，潘建偉團(tuán)隊(duì)最早提出利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏分發(fā)的方案，此后他們不斷驗(yàn)證著方案的可行性。2011年底，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”正式立項(xiàng)，航天載荷、衛(wèi)星設(shè)計(jì)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(gè)一元大小的硬幣，投入地面上一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的儲(chǔ)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(hào)”衛(wèi)星在今年1月18日正式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)后，立刻收到了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。潘建偉興奮地說(shuō)，原本準(zhǔn)備做一年的實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)月就完成了。
　　天地實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，“墨子號(hào)”衛(wèi)星每天經(jīng)過(guò)地面站一次，每次300秒，衛(wèi)星以每秒一對(duì)的速度，向地面站發(fā)送糾纏量子對(duì)。潘建偉說(shuō)，他們很快積累了幾千個(gè)數(shù)據(jù)，相當(dāng)精確地計(jì)算出了貝爾不等式的值為2.39士0.09。
　　貝爾不等式是英國(guó)物理學(xué)家貝爾為驗(yàn)證量子力學(xué)完備性而推導(dǎo)出的一個(gè)公式：如果實(shí)驗(yàn)得到的值小于等于2，那么愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)是對(duì)的；如果在2-2.828之間，則玻爾贏了。
　　“新工具”開(kāi)啟更多可能
　　其實(shí)，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星上的三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(guó)“墨子號(hào)”之后，國(guó)際上掀起了一股量子空間實(shí)驗(yàn)的熱潮：歐盟啟動(dòng)量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目，加拿大也已為量子衛(wèi)星立項(xiàng)，美國(guó)科學(xué)家也呼吁恢復(fù)量子衛(wèi)星項(xiàng)目，日本、德國(guó)等也開(kāi)始跟進(jìn)。
　　中國(guó)在這一領(lǐng)域占到了先機(jī)，潘建偉非常開(kāi)心。因?yàn)椋澳犹?hào)”的作用不僅僅是這三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)，它還可以通過(guò)測(cè)量光子跑過(guò)長(zhǎng)距離之后的極化變化，來(lái)檢驗(yàn)量子引力模型——這也是量子力學(xué)的前沿問(wèn)題；它也可以測(cè)量量子糾纏在引力影響下的衰退狀況，這對(duì)人類(lèi)通過(guò)引力波認(rèn)識(shí)宇宙，將大有幫助；根據(jù)普朗克的預(yù)測(cè)，時(shí)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(yàn)證時(shí)空的連續(xù)性……潘建偉說(shuō)，每一種新工具的誕生，都會(huì)為人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然、解決科學(xué)問(wèn)題，帶來(lái)很多新的可能性。
　　潘建偉透露，接下來(lái)將嘗試在北京與維也納之間開(kāi)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(shí)開(kāi)展工作?！拔磥?lái)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(shí)驗(yàn)時(shí)間可以進(jìn)一步延長(zhǎng)，甚至全天候工作?！彼f(shuō)，這次量子糾纏的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(wàn)公里。
　?。ㄔd于《文匯報(bào)》 2017-06-17 02版）