就像是一個隱喻,來自中國的“墨子號”量子衛星從太空發出兩道紅色的光,看上去像極了漢字裏大寫的“人”字,這幅景象被當作“封面”,刊印在6月17日的美國知名學術期刊雜誌《科學》上。這一次中國科學站到了世界面前,而且是挺直腰桿,站在了最前沿。

6月16日,中國量子科學實驗衛星首席科學家、中國科學技術大學副校長潘建偉院士在媒體的閃光燈下宣佈:中國率先實現了“千公里級”的星地雙向量子糾纏分發,打破了此前國際上保持多年的“百公里級”紀錄,回答了愛因斯坦關於量子力學的“百年之問”。

  中國量子科學實驗衛星“墨子號”。 資料圖片

讚譽、解讀、報道紛至遝來——

《科學》雜誌審稿人稱該成果是“兼具潛在實際現實應用和基礎科學研究重要性的重大技術突破”,並斷言“毫無疑問將在學術界和廣大的社會公眾中産生非常巨大影響”。

美國波士頓大學量子技術專家謝爾吉延科評價:這是一個英雄史詩般的實驗,中國研究人員的技巧、堅持和對科學的奉獻應該得到最高的讚美與承認。

在中科院新聞發佈當天,潘建偉沒有刻意掩飾自己的激動,他説:“這是我這輩子目前為止,做過的最好的科學成果。”

儘管對他和他的團隊來説,所謂領跑,或是創造世界紀錄,早已是家常便飯——

就在一個月前,潘建偉團隊研發的世界上第一台超越早期經典電腦的光量子電腦問世。再往前,2003年,潘建偉團隊實現了四光子糾纏態——一個量子糾纏研究領域基礎性工作,此後多年,該團隊又先後實現五光子、六光子、八光子、十光子糾纏,一直保持著多光子糾纏的世界紀錄,並頻頻引來學界和媒體的關注。

英國《自然》雜誌在報道潘建偉團隊量子通信研究成果時就提到:這標誌著中國在量子通信領域的崛起,從10年前不起眼的國家發展為現在的世界勁旅,將領先於歐洲和北美。

如今,以量子衛星最新實驗為代表的成果,讓中國再次挺進量子研究世界版圖的中心。屬於中國的量子時間似乎正在到來。

“世紀之問”:全球大國新博弈

人類之所以愛上科學,很大程度上在於它能夠探索未知,滿足我們的好奇心。如今,一個不難描述的未知問題擺在人類面前——

在人類肉眼看不到的微觀世界中,事物究竟是以“概率”而存在的,還是“確定”存在的?舉個關於足球的例子,在宏觀世界,我們可以確定地知道它究竟在哪個點,但在微觀世界,一個足球就相當於一個粒子,人們似乎只能判斷它出現在足球場某個點的概率,卻無法確切地知道它究竟在哪。

量子力學正是微觀世界“概率論”的最大支援者。量子論裏有一種特性,即量子糾纏,簡單來説,兩個處於糾纏狀態的量子,就像有“心靈感應”,無論這些粒子之間相隔多遠,只要一個粒子發生變化,另外的粒子也會即刻“感知”,隨之發生變化。

不過,愛因斯坦並不買賬,並譏諷這個現象為“幽靈般的超距作用”。也因此,他和波爾等科學巨擘為此展開激烈爭論,並留下一個“世紀年之問”:上帝擲骰子嗎?換言之,微觀世界都是由“概率”決定存在的嗎?

全球相關領域的科學家,甚至是一些執政者都為這個問題著迷。因為,一旦這種特性得到最終驗證,就有一個最為直接的應用,即通過量子糾纏所建立起來的量子信道不可破譯,成為未來保密通信的“終極武器”。

按照潘建偉的説法,要讓量子通信實用化,需要實現量子糾纏的“遠距離”分發。一代又一代學者接力走下來,人類似乎遭遇了“瓶頸”:由於量子糾纏“太脆弱”,會隨著光子在光纖內或地表大氣中的傳輸距離而衰減,以往的實驗只停留在“百公里”量級的距離。

潘建偉粗略地測算過,使用光纖進行量子分發,傳輸“百公里”距離,損耗已達99%;傳輸“千公里”的距離,每送1個光子大約需要3萬年,“這就完全喪失了通信的意義”。

於是,一場大國間的“量子通信”競賽就此出現,誰先衝到“千公里”的距離,似乎就能在這場賽跑中領先。潘建偉説:“大家不斷地去‘拉長’這個距離,以此來驗證量子糾纏的原理,步步逼近量子通信的實用目標。”

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