中国回答了爱因斯坦“百年之问”

中国科学院联合研究团队16日在合肥宣布，全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”日前取得重大科研成果：首次实现千公里级别的“量子纠缠”。这一成果回答了爱因斯坦关于量子力学的“百年之问”。国际权威学术期刊《科学》以封面文章形式予以报道，称之为“里程碑式的研究”。

证实“鬼魅般超距作用”

当两个量子发生“纠缠”，一个变了，另一个也会“瞬变”，无论它们之间相隔多远。——如同“心灵感应”，这就是量子力学理论中神奇的“量子纠缠现象”。近百年前，作为量子力学的开创者之一，爱因斯坦也“百思不得解”。由于当时缺乏检验能力，他认为，或许是量子理论“还不完备”。

一代一代的学者对这种 “鬼魅般的超距作用”进行研究，但由于量子纠缠“太脆弱”，会随着光子在光纤内或地表大气中的传输距离而衰减，以往的实验只停留在百公里距离，量子纠缠仍然存在“漏洞”。

6月16日，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队宣布，日前利用“墨子号”量子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。国际权威学术期刊《科学》以封面论文的形式发表了该成果。

从太空分发“纠缠”量子

这也就是说，通过“墨子号”卫星，从太空将一对相互“纠缠”的量子“分发”到青海德令哈和云南丽江两个地面站，通过数千对量子的实验检验，发现在两个相距超过1200公里的实验站之间，量子的“纠缠效应”仍然有效。

中国科学家用严格的科学实证，回答了爱因斯坦的“百年之问”。

进入千公里数量级，是一个质的飞跃。潘建伟解释，根据科学家构建的理论模型，引力会对量子纠缠产生一种退化效应。不进入千公里级别去设计实验，始终无法验证量子力学的完备性。

“将产生非常巨大的影响”

“墨子号”最新实验成果16日在《科学》上发表时，这家国际权威学术期刊的几位审稿人断言，“毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大的影响”。

美国波士顿大学量子技术专家谢尔吉延科评价，这是一个英雄史诗般的实验，中国研究人员的技巧、坚持和对科学的奉献应该得到最高的赞美与承认。

加拿大滑铁卢大学量子技术专家延内魏因说，国际上确实存在量子科研竞赛。这个中国团队已克服了好几个重大技术与科学挑战，清楚地表明了他们在量子通信领域处于世界领先地位。

6月15日，在乌鲁木齐南山观测站，“墨子号”量子科学实验卫星过境，科研人员在做实验（合成照片）。

■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。比如，光子是光能量的最小单元，不存在“半个光子”。量子这个词来自拉丁语quantus，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。普朗克在1900年首次提出量子概念，经爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔、玻恩等科学巨擘不断完善，量子力学理论在20世纪前半期初步成形，目前还在不断发展中。

■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“鬼魅般的超距作用”。

■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。

本版文图均据新华社

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