Science封面：潘建伟团队实现千公里级量子纠缠，大幅刷新世界记录

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“量子中继器需要从两个不同的地方接收光子，然后将其储存在“量子记忆”模块中，并在发送到更远处之前让它们直接相互干涉”，伊利诺伊大学香槟分校的物理学家Paul Kwiat说：“为了做到这些，你必须在不观测它们的情况下进行储存。”Kwiat解释道：“打个比方，假如你想在不看信箱或者不打开包裹的情况下知道是否有信件到了，你可以摇一摇包裹来感知，不过如果你收到的是光子，那可就难了。你想确认收到了它们而又不扰乱它们，从原则上讲，这是可能的，不过毋庸置疑这非常艰难。”

想要建立安全的全球范围量子通信网络，唯一可行的方案就是从太空中发送量子密钥，然后将其分发到百十公里远的地面节点。以中国古代哲学家名字命名的“墨子”号卫星，重达600千克，2016年被发射到近地轨道，而这只不过是投资达10亿美元的太空量子实验项目（QUESS）的排头兵。

墨子号携带了一系列装配好的激光器和晶体，它们可以产生成对的纠缠态光子，并将其分离，分别传输到卫星视线范围内的不同地面基站。在最近的测试中，这三个基站分别坐落在德令哈市、乌鲁木齐市和中国遥远南部城市丽江，其中德令哈市和丽江市的地理距离达到1203千米，这大踏步地提高了纠缠光子传输距离的记录。

图片来源：中国科学技术大学

目前这套系统仍然需要进一步的完善，因为目前报道的墨子号和基站间的信号传输速度不足以维持实用的量子通信。墨子号每秒发射约600万对纠缠态光子，但是大约每秒只有一对可以既通过大气层又被地面基站上的聚光望远镜接收到。潘建伟是这个项目的领导者，他自2003年以来一直在推进和筹措这个实验项目。他将这个成就比作探测月球上一根火柴发出的单个光子。潘建伟认为，墨子号传输纠缠态光子的效率比“最好的通信光纤高万亿倍”，“我们做的工作是缺少墨子号就不可能做到的，而且未来5年，太空量子实验项目会发射更多的量子通信实验卫星。”

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