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潘建伟:未来将形成量子卫星群,并用于深空探测
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2018-10-29 16:38
摘要:为实现高效的量子通信,我们必须发射更多的卫星,来形成一个量子卫星群。

爱因斯坦的好奇心是如何促进量子技术发展的?10月29日,在世界顶尖科学家论坛(上海•滴水湖)光子科学与产业论坛上,量子科学实验卫星首席科学家、中国科学技术大学副校长潘建伟院士娓娓道来,并透露我国未来将发射更多量子卫星,形成量子卫星群,实现大容量传输,并用于深空探测。

 

曾经把困惑和不解写进了本科论文

 

其实,当初在大学里上量子力学课时,潘建伟的第一反应是“怎么有这样胡说八道的东西。”他甚至把自己的困惑和不解写进了本科论文,想要证明爱因斯坦的观点是对的,而量子力学是荒谬的。

 

爱因斯坦坚信“上帝是不会掷骰子的”,他认为一定存在着一个更高的确定性理论,而量子力学的内禀随机性只是因为我们不了解这种理论而带来的误解。爱因斯坦和薛定谔等人提出了量子纠缠的概念,试图用量子纠缠这种奇怪的量子状态来论证量子力学基础的不完备和量子随机性的荒谬。而以玻尔为首的哥本哈根学派则捍卫量子随机性,认为量子力学的基础是完备的。两个学派进行了长达30年的争论,但在当时,两种观念没能给出在实验上可以加以严格区分的精确预言,所有的争论都局限于哲学层面。直到1964年,美国物理学家贝尔发现通过对量子纠缠进行关联测量,量子力学和定域确定性理论会对测量结果有着不同的预言。利用这个特性即可开展贝尔实验检验,从而判定量子力学的基础是否完备和量子随机性是否存在。

 

“量子力学是正确的,但有些认识还有待填补。”潘建伟说,贝尔的理论提出之后,世界各国的科研小组进行了大量的实验,量子力学和量子随机性经受住了相关的实验检验。但在整个测量过程当中,可能并没有办法来实施随机的选择。“仪器本身可能也会有一些欺骗性的信号。”

 

2016年8月16日,我国首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射成功。科研人员仅用1年时间提前完成科学目标,实现了星地之间千公里级量子纠缠、密钥分发及隐形传态,并入选2017年度中国科学十大进展榜首。此外,利用“墨子号”量子通信实验卫星,在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发,并利用共享密钥实现了加密数据传输和视频通信。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力,为未来构建全球化量子通信网络奠定了坚实基础。

 

光子通信,将用于未来深空探测

 

 

“量子卫星作为一颗低轨卫星,无法直接覆盖整个地球。为实现高效的量子通信,我们必须发射更多的卫星,来形成一个量子卫星群。”潘建伟在谈到未来的计划时说,希望能够更好地实施全球量子通信网络,从而可以进行更高分辨率和大容量的传输。

 

“在外太空,干扰会更少,基本上电磁干扰都可以忽略掉,光子的传输可以实现更好的稳定性。”潘建伟说。

 

2013年,美国国家航空航天局将视频信息调制到光子上,从月球向地球成功传输了一段视频,展现了光子通信在月地通信、深空探测等领域具有很大的应用前景。   

 

潘建伟提到,希望通过全球合作,能够产生更好的项目,比如说,在地球和月球之间建立起一个超长的纠缠分布新项目。

 

就在这个月,量子卫星工程常务副总师、卫星总指挥王建宇也曾透露,我国将在未来的深空探测任务中采用光子通信技术,让地面接收到来自宇宙深空的信息。我国还将发射轨道更高的量子通信卫星,力争实现10000公里级量子通信,通信范围覆盖全中国,让星地间量子通信进入应用阶段。

栏目主编:黄海华 文字编辑:黄海华 题图来源:赖鑫琳 摄 图片编辑:雍凯
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