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芮清仁斋

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【转载】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”  

2017-06-18 10:27:24|  分类: 宇航星舰 |  标签: |举报 |字号 订阅

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从百公里到千公里,中国“墨子号”量子卫星将量子纠缠分发的世界纪录提高了一个数量级。
昨天,国际权威学术期刊《科学》杂志以封面论文的形式发表了中国量子科学研究团队的最新重要成果。中国的科学家们利用我国去年发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,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,量子纠缠特性在1200公里的尺度上仍然存在。

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量子纠缠——鬼魅般的远距作用

量子纠缠是奇特的量子力学现象。通俗地说,两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”,无论相隔多远,一个量子状态变化,另一个也会改变。爱因斯坦称之为“鬼魅般的远距作用”。

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”。

中国科学家回答了,爱因斯坦的“百年之问” - 最后的精神贵族 - 最后的精神贵族之网易博客
 △量子纠缠分发示意图

中国的科学家们通过“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,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。并通过数千对量子的实验,检验了这一成果。

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质的飞跃

由于量子纠缠非常脆弱,会随着光子在光纤内或者地表大气中的传输距离而衰减,以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离。

量子纠缠“鬼魅般的远距作用”在更远的距离上是否仍然存在?会不会受到引力等其它因素的影响?这些基本物理问题的验证都需要实现上千公里甚至更远距离的纠缠分发;另一方面,要实现广域的量子网络也要求远距离的纠缠分发。

正因为此,《科学》杂志几位审稿人称赞该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”,并断言 “绝对毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。

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在地面的两个地点之间建立量子纠缠的话,就可为未来的量子网络和远距量通讯研究提供一个非常好的实验手段。这种技术也为了未来在空间尺度检验广义相对论,为我们未来探索物理学的领域提供一种很好的技术手段。

迎接“第二次量子革命” 中国挺进最前沿 

量子纠缠的远距离分发对精度要求极高,研究人员举了一个例子:就好像从万米高空飞机上扔下一连串硬币,在地面再用存钱罐接住。

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能够完成精准度如此高的实验,拥有最先进的科学成果,潘建伟把量子研究的突飞猛进归功于中国“集中力量办大事”的优势:中科院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心……

去年年末,英国政府发布的《量子时代的技术机遇》报告中统计,中国在量子科技的论文发表上排在全球第一、专利应用排名第二。在“第二次量子革命”的起步阶段,中国异军突起进入“领跑阵营”。

太空之中,“墨子号”仍在不知疲倦地绕地旋转。除了量子纠缠分发之外,高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等重要科学实验也在紧张顺利地进行中。潘建伟说,预计今年会有更多的科学成果陆续发布。

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白话神奇的量子

众所周知,世间万物包括我们人类自身都是由微观粒子组成的,这是一个被称为“量子世界”的神秘地带,它遵循着让人匪夷所思的一套“另类法则”。

我们知道构成物质的最小单元是基本粒子。量子就是质量、体积、能量等各种物理量的最小单元,而且它也要以某种粒子状态存在。我们看到的光,其实是以光子为单位一份一份地变化的。我们大可以打开脑洞,想象一下,我们一举手投足间,一个呼吸,就有上万亿的量子在移动。

说到量子,它有两个堪称神奇的绝技,除了上面说的量子纠缠外,还有一个就是“分身术”。量子的“分身术”也叫量子叠加,就是一个量子可以同时存在好几种状态。


那么“分身术”干嘛用呢?首先一个应用就是帮我们的计算机实现并行计算。这能力有多强,大家可以想象一下几十个孙悟空打妖怪。举个例子,如果我们分解一个300位的大数,用现在的计算机,需要15万年,用量子的“分身术”帮我们并行运算,只要一秒钟就可以算出来。

说到这里,大家是不是觉得量子很神奇?其实还不止于此,神奇的量子还有两个怪癖,不可分割、不可克隆。别嫌它古怪,要想做量子保密通信还真得靠它的这两个不可以。我们就是利用量子的这两个怪癖,可以制作出最安全的保密钥匙,可以让我们目前的信息传输变得更安全。

所以说,量子神奇,但是人类的潜力更神奇。如果能够驾驭这么行踪神秘和脾气古怪的量子,绝对安全的保密通信、堪称神速的新一代电脑,也将成为现实。
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