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跨越千里“心手相牵” 千公里级星地双向量子纠缠分发(2)

2017-06-23 13:24:50    经济日报  参与评论()人

如何把制备好的两个纠缠粒子分别发送到相距很远的两个点?中科院上海技术物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程常务副总师、卫星系统总指挥王建宇介绍,“墨子号”卫星过境时,同时与青海德令哈站和云南丽江高美古站两个地面站建立光链路,卫星上的纠缠源载荷每秒产生800万个纠缠光子对,光链路以每秒1对的速度在地面超过1200公里的两个站之间建立量子纠缠。

“高精度的实验技术保证了两地的独立测量时间间隔足够小,结果以99.9%的置信度在千公里距离上验证了量子力学的正确性,实现了严格满足‘爱因斯坦定域性条件’的量子力学非定域性检验。”潘建伟称。

这意味着什么?一句话,即便相距千里之遥,量子纠缠效应依然有效。

实用化进程再提速

13公里、16公里、百公里,“咬住青山不放松”,他们不断扩展量子纠缠分发的距离,并向新目标努力奔跑

当然,除了验证量子力学非定域性的存在,此番量子纠缠成功跨越千里,更重要的意义在于将量子通信实用化进程又向前推进了一大步。

“利用量子纠缠所建立的量子信道,是构建量子信息处理网络的基本单元,而要构建广域的量子网络,第一步就是要实现远距离的量子纠缠分发。”潘建伟解释。

理想很丰满,现实很骨感。由于量子纠缠非常脆弱,其在远距离光纤传输中,一来损耗过大,二来与环境的耦合会使纠缠品质大大下降;在近地传输过程中,还会受到地面障碍物、地表曲率等影响。受种种因素限制,此前国内外地面实验的量子纠缠分发距离一直停留在百公里量级。

如何有效扩展量子纠缠分发的距离?理论上有两种途径。一种是利用量子中继,但目前由于受到量子存储寿命和读出效率等因素的严重制约,无法实际应用于远程量子纠缠分发。另一种则是利用卫星向地面分发。

“相比光纤,星地间的自由空间信道损耗小,结合卫星的帮助,可以在全球尺度上实现超远距离的量子纠缠分发。”2003年,潘建伟团队提出利用卫星实现远距离量子纠缠分发的方案。13公里、16公里、百公里,“咬住青山不放松”,他们不断扩展量子纠缠分发的距离,并向新目标努力奔跑。2016年8月16日,“墨子号”成功发射,卫星的科学任务之一即是双向星地量子纠缠分发。

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