全球首次千公里级星地量子纠缠实验

全球首次千公里级星地量子纠缠分发实验是“墨子号”的第一个重大成果！比完成另外两个既定科学任务—千公里级星地高速量子密钥分发实验和地星量子隐形传态实验都要早一些。下图是“墨子号”这次实验荣登《科学》杂志封面。

2017 年６月 16 日，《科学》杂志以封面论文的形式刊登了“墨子号”升空后的第一个成果—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，并在此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验，在空间量子物理研究方面取得了重大突破。

《科学》杂志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“该成果绝对毫无疑问将在学术界和社会中产生非常巨大的影响”。

量子纠缠分发就是把制备好的两个纠缠粒子（通常为纠缠光子对）分别发送到相距很远的两个点，通过观察两个点的统计测量结果是否破坏贝尔不等式，可以验证量子力学非定域性的存在。

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的增加而衰减，以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里级的距离。量子纠缠“幽灵般的超距作用”在更远的距离上是否仍然存在？会不会受到引力等其他因素的影响？这些基本物理问题的验证都需要实现千公里级甚至更远距离的纠缠分发。

同样重要的是，利用量子纠缠所建立起的量子信道，也是构建量子信息处理网络的基本单元。要实现广域的量子通信网络也自然要求远距离的纠缠分发。

在这次实验中，“墨子号”量子科学实验卫星过境时，同时与青海德令哈站和云南丽江站两个地面站建立光链路，量子纠缠光子对从卫星到两个地面站的距离平均达 2 000km，跟瞄精度达到 0.4μrad。卫星上的纠缠源载荷每秒产生 800 万对纠缠光子对，建立光链路可以以每秒 1 对光子对的速度在地面超过 1 200km 的两个站之间建立量子纠缠，该量子纠缠的传输衰减仅仅是同样长度地面光纤最低损耗的万亿分之一。

在关闭局域性漏洞和自由选择漏洞的条件下，获得的实验结果以 4倍标准偏差违背了贝尔不等式，即在千公里级的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。这一重要成果为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究，以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。

该成果在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下，由中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、中国科学院微小卫星创新研究院、中国科学院光电技术研究所、中国科学院国家天文台、中国科学院紫金山天文台、中国科学院国家空间科学中心等完成。

--摘自《星耀中国 我们的风云气象卫星》