破世界纪录!中国量子卫星实现飞跃,回答爱因斯坦“百年之问”丨外媒说

原创  2017-06-20  作者  中国日报网双语新闻


还记得去年8月16日,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射吗?


2016年8月16日1时40分,世界首颗量子科学实验卫星在酒泉卫星发射中心发射升空。


这颗卫星从研制以来一直受到全世界的关注,近日,它又一次火了。


本月15日,中国科学家在美国《科学》杂志上报告说,中国“墨子号”量子卫星在世界上首次实现千公里量级的量子纠缠,这意味着量子通信向实用迈出一大步。


15日的美国《科学》杂志封面上,“墨子号”从星空向地面发出两道光,宛如两条长腿跨出一大步,也象征量子通信向实用迈近一大步。


登上封面的这篇关于“墨子号”的论文,题目是:《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》,来自中国科学技术大学教授、量子科学实验卫星项目首席科学家潘建伟院士团队。


潘建伟院士


潘建伟说:


这项工作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。


看到这里是不是有点不明觉厉?


那么,双语君(微信ID:Chinadaily_Mobile)为你科普一下,看看“墨子号”到底是什么,对人类、对中国到底有什么重要意义,中国在此项技术上到底取得了什么突破?


名词解释——量子


“墨子号”之所以为人所关注,是因为它的发射使得中国的量子通信技术位居国际先进水平之列。


量子,是现代物理学中最重要的概念之一,最早由德国物理学家M·普朗克在1990年提出。量子(quantum ['kwɔntəm])一词来源于拉丁语的quantus,是“相当数量的某物质”的意思。


物理学认为,世界上所有的物质都是由极小的微粒组成。一个物理量,如果有最小而且不可连续分割的基本单位,这个最小的单位就被称为“量子”


我们所熟知的分子、原子、光子、电子都是量子的具体表现形式。


名词解释——量子通信


1993年,美国科学家C. H. Bennett提出量子通信的概念。量子通信是由量子态携带信息的通信方式。简言之,就是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的保密的通讯方式

上面我们说到,量子是不可连续分割的最小单位,那么用量子通信的方式传递信息,其实就是传递光的最小能量单元


据潘建伟院士介绍,如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就成功,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全。

2016年10月12日,在北京举行的量子科学实验卫星成果新闻发布会上,潘建伟院士介绍量子卫星与兴隆站建立链路的图片。


“墨子号”卫星正是这样的一杆重要的“标枪”。

量子卫星与阿里站建立链路。图为中科院提供


名词解释——量子纠缠


量子通信的核心就是量子纠缠(quantum entanglement)。量子纠缠是一种量子力学现象,是指量子在由两个或两个以上量子组成的系统中相互影响的现象。



通俗地说,就是两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”,无论相隔多远都可瞬间互相影响,爱因斯坦称之为“鬼魅般的远距作用”(spooky action at a distance)。



而量子纠缠分发,就是将一对有“感应”的量子分置于两地。尤其适用于保密通信,对传输信息进行安全加密,在此基础上进行的量子通信技术,被誉为信息安全的“终极武器”。


量子通信之所以安全,是因为量子具有不可分割性,量子态具有不可复制性,从而能够保障信息的不可窃听和不可破解。从原理上可以确保身份认证、传输加密以及数字签名等绝对安全,从根本上、永久性解决信息安全问题。


技术突破——量子纠缠远距离分发


要让量子通信从理论变成实践,需要实现量子纠缠的远距离分发。但量子地面传输无论通过光纤或大气都有较大信号损耗。


此前国内外地面实验的分发距离一直停留在百公里量级。“墨子号”去年年底进行的重要实验,传输距离纪录为144公里。



解决这个问题的一个有效办法就是利用卫星向地面分发。作为世界首颗量子科学实验卫星,“墨子号”星地纠缠分发的传输衰减仅是同样距离地面衰减的万亿分之一。


但这种方式对精度要求极高,好比从万米高空飞机上扔下一连串硬币,在地面用存钱罐接住。


然而,“墨子号”卫星做到了!


潘建伟团队通过两个距离1203公里的地面站点——青海德令哈站和云南丽江高美古站——和卫星之间发射量子,首次在千公里级别距离上实现了量子纠缠,创造了世界纪录。

“墨子号”科学应用系统总设计师彭承志说:这是量子卫星上天以来迄今为止发布的最大成果。



《科学》杂志在一份简介中将这项中国科学家独立完成的工作称为“一项里程碑式的研究”。


点击视频,了解中国在通信领域的这一重大突破↓↓


这一成果,引发全球媒体热议


中国在量子通信上取得成就,全世界都兴奋不已,我们来看看外媒报道。


《科学》杂志:中国在量子科学和空间科学取得双进展


中国量子卫星在破纪录的距离间实现“鬼魅般的作用”


美国《科学》网站首页重点报道了这项科学成果,称其象征着中国在量子科学和空间科学取得双进展。


In a study that shows China's growing mastery of both the quantum world and space science, a team of physicists reports that it sent eerily intertwined quantum particles from a satellite to ground stations separated by 1200 kilometers, smashing the previous world record.

一个物理学家团队报告称,他们在研究过程中将一对处于纠缠状态的量子从卫星上分别发射到地面上相距1200公里的两个地面站,打破原有纪录。这项成果表明,中国在量子和空间科学上取得双进展。




不仅如此,《科学》网站还表示,这一科研成果对今后的探索具有长远意义。


The result is a stepping stone to ultrasecure communication networks and, eventually, a space-based quantum internet.

这项结果将有助于形成超安全通信网络,并最终将为空间量子通信网络铺路


加拿大滑铁卢大学的物理学教授托马斯·詹内怀恩(Thomas Jennewein)对中国科学家们表示称赞。


他说这项实验是一项巨大的、重要的成就(a huge, major achievement),它始于科学家们大胆的设想(started with this bold idea)。


《芝加哥论坛报》:引领全世界量子研究热潮


太空中实现科学界最“鬼魅”的量子纠缠


《芝加哥论坛报》撰文称这一科研成果是突破性的科技进展。


文章表示,这次量子卫星的实验具有两大突破,首先是第一次在太空中实现量子纠缠,其次是在距离上的突破,将量子纠缠分发的距离提高了一个数量级。


It is the first time anyone has ever generated entangled particles in space, and represents a 10-fold increase in the distance over which entanglement has been maintained.

这是人类第一次在太空中实现量子纠缠,此外,本次实验达到的距离较以往量子纠缠的距离增加10倍。



不仅如此,有科学家表示,这项实验的成功可能会引起各国政府重视,从而引领一系列相关研究的热潮。


"It's a really stunning achievement, and I think it's going to be the first of possibly many such interesting and exciting studies that this particular satellite will open up,"said Shohini Ghose, a physicist at Wilfrid Laurier University in Canada. "Who knows, maybe there'll be a space entanglement race?"

加拿大韦尔福瑞德劳瑞大学物理学家肖西尼·高斯说:“这实在是一项惊人的成就,我想,这项实验可能会开启一系列有趣并且激动人心的新研究。谁知道呢?这说不定会引领一场空间量子纠缠竞赛。”


文章认为,量子纠缠竞赛的原因不是简单地争一个头衔那么简单,而是为在量子通信上抢占先机。


It's not just so they can claim the title of "spookiest." Entangled particles could one day be used for "quantum communication" — a means of sending super secure messages that doesn't rely on cables, wireless signals, or code. 

他们不仅仅是为了取得“最鬼魅”的头衔,而是因为量子纠缠可以用于“量子通信”,而“量子通信”是一种不需要依靠电缆、无线信号和密码传输信息的方式,非常安全。


《华尔街日报》:中国在量子网络方面实现飞跃


中国在“不可破解”的量子网络方面实现飞跃


《华尔街日报》表示这次突破使中国离用量子技术建设通信网络更近了一步。



[It is] an achievement experts in the field say gives China a leg up in using quantum technology to build an "unhackable" global communications network.

领域内专家表示,这一科研成果将助力中国用量子技术建设“不可破解”的全球通信网络。


文章表示,此成果意义非凡,使得中国成为建设量子网络的世界先行者。


The result is an important breakthrough that establishes China as a pioneer in efforts to harness the enigmatic properties of matter and energy at subatomic level, the experts say.

专家表示,此次科研成果是一次重大突破,意味着中国在掌握亚原子级物质能量的神秘特性方面已居于世界领先地位。


《自然》杂志:为中国发展超安全通信扫清障碍


中国量子卫星扫清实现超安全通信的主要障碍


文章表示,世界第一个量子卫星距离投入使用已有数月,而今,它实现了其最雄心勃勃的目标之一,并且为发展超安全通信扫清了障碍。


That phenomenon, known as quantum entanglement, could be used as the basis of a future secure quantum-communications network.

量子纠缠的现象可被用作建设量子通信网络的基础。


作为专业类杂志,《自然》这篇文章也说明了量子通信网络安全的原因,以及建设量子通信的重要性。


Quantum communication is secure because any interference is detectable. Two parties can exchange secret messages by sharing an encryption key encoded in the properties of entangled particles; any eavesdropper would affect the entanglement and so be detected.

量子通信非常安全,因为任何干预都可被检测到。双方可以通过共享编码在纠缠粒子中的密钥相互传递秘密信息,窃听将会影响量子纠缠,从而被探测到。


潘建伟院士表示,“墨子号”团队已经开始探索创建这一密钥的可能性。


《洛杉矶时报》:实现应用仍需时日


问与答:中国卫星实现太空与地面量子纠缠分发 打破量子物理纪录


《洛杉矶时报》用问答的方式呈现了中国量子卫星的这项成果


文章表示,这项实验的成功虽然不能立即影响人类生活,但却终将对其产生影响。


For example, distributing entangled photons over large distances could be used to establish unhackable communications via what’s known as quantum cryptography.

比如说,在较远的距离间分发纠缠的光子,这可以通过所谓的量子密码学建立不可破解的通信网络。



建设量子的通信网络有赖于量子力学的特性。目前科学家们已经可以使用光纤建立量子信道,但是其传输距离有限,而基于空间的量子信道(space-based quantum channel)可以增长其距离。


但是这一应用的实现尚需时日。


But experts say an application like that may still be 10 years away.

但专家表示,如此应用的实现可能需要十年之久。


科学家说:这是史诗般的成果


潘建伟院士团队登上《科学》封面的论文,得到了审稿人的高度评价:


这一成果是“兼具潜在实际应用和基础科研重要性的重大技术突破”、“毫无疑问将在学术界和广大社会公众中产生非常巨大的影响”。


更是获得了同行科学家的一致认可。


美国波士顿大学量子技术专家亚历山大·谢尔吉延科说:


"This is a heroic experiment... Chinese researchers deserve a greatest praise and acknowledgement of their skills, persistence, and devotion to science."

这是一个英雄史诗般的实验。中国研究人员的技术、坚持和对科学的奉献精神应该得到最高的赞美与承认。


加拿大卡尔加里大学物理学家沃夫冈·迪塔尔表示:


“I am really impressed by the result of the Chinese group.”

我确实被中国团队的结果震惊了

巴黎量子计算中心的副主任伊兰妮·迪亚曼蒂对《连线》杂志这样评价道:


“For extending the distance of quantum communication networks, this is a milestone.”

“就量子通讯网络的距离延伸来讲,这是里程碑式的成就。”


国际知名量子信息科技先驱埃克特·艾克教授在给BBC发的邮件中也兴奋地写到:


"The Chinese experiment is a quite remarkable technological achievement."

中国的这项实验是一项非凡的技术成就。


艾克教授还在邮件中回忆到,上世纪90年代,他在牛津大学读书时,便提出了利用成对光子进行加密的想法。“我提出这个方案时,可没想过它会被提升到如此的高度。

 

对于未来的研究方向,潘建伟表示,除了量子密钥和通信实验之外,他们还将运用“墨子号”测试重力对于量子纠缠形态的影响,并将在两年内发射另一颗量子卫星。其他同事认为这个想法太雄心勃勃了,因为这意味着两套在太空中的量子发射系统,可能实现宇宙中的量子纠缠。


编辑:左卓 胡雨濛

实习编辑:李雪晴 袁梦琪


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