详解“墨子号”神奇使命——时空穿越真的存在

科技新闻(原创)来源：央视网 2017年08月10日 11:35 A-A+
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　　央视网消息：近日，中国科学院举行新闻发布会，宣布“墨子号”量子卫星预先设定的三大科学目标全部提前圆满实现，这一重大成果今天在国际权威学术期刊《自然》在线发表。

　　2016年8月16日，由我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，瞄准了量子研究领域最前沿的三大科学目标。在中国科学院新闻发布会上，量子卫星首席科学家潘建伟介绍，继今年6月实现千公里级量子纠缠分发后，我国科学家在国际上首次成功实现了卫星和地面之间的量子密钥分发和量子隐形传态，标志着“墨子号”预先设定的三大科学目标全部圆满完成。

　　被称为“幽灵粒子”的量子，是指构成物质的最小单元，分子、原子、光子等微观粒子都是量子的表现形态。由于量子具有叠加和纠缠等很多神奇特性，量子理论已经催生了很多革命性的技术，比如晶体管、激光器，甚至最前沿的量子通信和量子计算，而量子科学研究也成为国际最前沿的探索领域。

　　在卫星和地面这么遥远的距离进行量子实验，这在人类历史上也是首次。那么，“墨子号”量子卫星和地面五大台站一起配合实现的三大科学目标究竟是什么呢？我们通过增强现实技术，来更加直观的了解这一神奇的科学探索。

　　量子密钥分发 远距离保密通信

　　量子卫星的第一个任务就是量子密钥分发，通俗的说也就是量子保密通信。也就是意味着当卫星在轨运行的过程当中，它会将不同的单光子束分别发送到北京的兴隆站和新疆的南山站，然后地面的工作人员会将接收到的光子进行测量，从而约定密码，最终以实现遥远两地之间绝对安全的量子保密通信。

　　量子纠缠分发 验证超远距离作用

　　量子卫星的第二个实验就是量子纠缠分发。实验中，卫星会制备出一对纠缠光子，然后把它们分别发送到位于云南的丽江站和青海的德令哈站。那么根据量子的纠缠理论，虽然这两个量子它们的状态不断变化，而且是不确定的，但是只要测量其中的一个光子，另外的一个光子它的状态就已知了，我们形象地说就好像是双胞胎的心灵感应。接下来实验人员就要同时对这两个接收到的光子进行独立测量，从而以验证爱因斯坦所说的这种 “幽灵般的超远距离作用”是否真的存在。

　　量子隐形传态 量子世界的时空穿越

　　时空穿越一直是人类的梦想。在量子世界中，这种时空穿越的现象却真的存在，这就是量子卫星要的第三个实验，量子隐形传态。顾名思义，就是用隐形的方式传输量子的状态。实验中，科研人员会在地面的实验站制备出一对纠缠光子，一个留在地面，一个发送到卫星上。那么与此同时，科研人员还会再制备出第三个光子，让它和地面的光子发生新的纠缠。按照量子的理论，在地面的两个光子纠缠在一起的同时，天上的光子不再和地面的光子纠缠，反而会呈现出地面上第三个光子的状态，就好像把地面的第三个光子瞬间传送到了空中。