中國量子衛星「一步千里」，量子糾纏到底是怎麼回事

《自然》的封面，一步千里的墨子號衛星量子糾纏實驗

6月15日的美國《科學》雜誌刊發了中國量子實驗衛星的新成果：中國量子衛星實現了千公里級量子糾纏，為量子通信技術的實用化進一步奠定了基礎，是一項兼具實用性和基礎科研的重大技術成就。

根據報道，「墨子號」量子實驗衛星產生糾纏態光子後向地面發射，糾纏態光子對中的一個光子發向青海德令哈站，另一個發給雲南麗江站，兩個地面站直線距離1203公里，這是世界上首次實現千公里級的量子糾纏，是「墨子號」衛星上天以來取得的最大的科學成果，也為未來的量子保密通信實用化奠定了基礎。

圍觀群眾肯定要要問，這量子糾纏是怎麼回事，為什麼在量子通信中這麼重要呢，還是讓我從頭說起吧。

愛因斯坦為了反對量子力學提出EPR佯謬，意外發現了量子糾纏的怪異

第一，量子糾纏的提出：EPR佯謬

量子糾纏是一種十分奇特的量子力學現象，它極為違背我們的常識，甚至連偉大的愛因斯坦也不幸中招，愛因斯坦是量子力學的奠基者之一，不過隨著量子力學的發展，老愛也落伍了。面對海森堡發現的不確定原理，老愛十分反感：這只是我們人類測量能力不足，世界怎麼會不確定呢。愛因斯坦可是智商爆表的科學巨擎，1935年他聯合波多爾斯基、羅森提出了著名的EPR佯謬，直指量子力學的軟肋捅了一刀。

量子糾纏現象十分反常，彷彿存在鬼魅般的幽靈

愛因斯坦用歸謬法指出，要是量子力學這套隨機性和測不準的理論是對的話，那問題可就大了：糾纏態的光子對分開，哪怕分別放在銀河系的兩頭，測量到一個狀態隨機變了另一個肯定也相應變化，這種幽靈一樣的量子糾纏怎麼可能嘛！物理學上可是早就定論，超光速是不可能的，既然按你們的理論推出超光速傳消息，說明量子力學肯定有問題。你們鼓吹量子力學這夥人啊，還是太年輕太單純走到了歪門邪道，還不快點向我認錯。

第二，量子糾纏的檢驗：貝爾不等式

愛因斯坦這當頭一棒，還真把鼓吹者玻爾打蒙了，不過他很快反應過來，爭辯說您的理解錯了，量子糾纏就該如此。頂尖物理學家公說公有理婆說婆有理，圍觀群眾很凌亂，你們到底誰說的對啊，這量子糾纏到底存不存在，誰給個准信啊。

John Bell提出貝爾不等式支持愛因斯坦，哪曾想給老愛墳上添了最後一鍬土

物理學畢竟是建立在實驗基礎上的科學，換句話說就是「實踐是檢驗真理的唯一標準」。理論上決不出勝負，大家就做實驗吧。傾向於愛因斯坦理論的物理學家貝爾，1964年提出了一個叫貝爾不等式的測試方法，可以實驗證明量子糾纏到底是真是假。隨著技術的進步，1982年法國科學家阿萊恩·阿斯派克特實驗小組首次完成了實驗，結果讓人大跌眼鏡：量子糾纏這種幽靈一樣違反直覺的東西居然是真的。支持愛因斯坦的貝爾，提出的實驗方法反而打到了愛因斯坦的理論，量子糾纏現象雖然奇怪，但這個世界的真實就是如此。

墨子號實驗衛星進行了1203公里的量子糾纏實驗，創下了實驗距離的記錄

愛因斯坦的擁護者始終有人不服：阿斯派克特的實驗距離才12米，誰知道是不是其他因素影響的？好吧，那我們就做距離更遠的實驗，現在最新成果和記錄，就是「墨子號」衛星剛完成的1203公里距離量子糾纏實驗。

第三，量子糾纏的用途：保密通信

量子糾纏的怪，按愛因斯坦的看法不外兩點：第一測量到的狀態是隨機的，也就是不確定性。第二測量時糾纏態的兩個粒子狀態同時發生變化，也就是存在「超光速」現象。現在實驗證明愛因斯坦是錯的，而利用量子糾纏現象天生牢不可破的隨機性，可以進行保密通信，傳統的竊聽再也沒用啦，這真是信息安全的終極武器。

地面光子衰減太快，利用墨子號衛星，糾纏態光子才能更好的分發

理論雖好，現實工程卻很難做。要讓量子保密通信實用化，必須把糾纏態的光子分發出去，可是地面上無論是走光纖還是在大氣中傳播，光子都會迅速的衰減，科學家們絞盡腦汁，也就能傳播到一百公里級別，這樣的量子通信哪能實用呢。怎麼辦？科學家們仰望星空，將希望寄託到天上的衛星，於是有了「墨子號」量子科學實驗衛星。通過衛星進行糾纏態光子的發送，只需要穿過薄薄的大氣層，光子的衰減很小，就說「墨子號」這次量子糾纏實驗吧，糾纏態光子的分發距離達到1203公里，一下就提高了10倍有餘。即使要實現更遠的分發距離，限制因素也並非衛星上的設備，而是需要建立距離更遠的地面站。

「墨子號」衛星的量子糾纏實驗登上《自然》雜誌的封面，既有它在更遠距離再次證明了量子糾纏的真實性，也有它對量子保密通信實用化的開創新貢獻。論文審稿人就表示，這一成果「兼具潛在實際應用和基礎科研重要性的重大技術成就」。

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