♦文編／中中

中國大陸科學家在首顆量子科學實驗衛星「墨子號」上完成了一項特殊實驗：從地面到太空的量子隱形傳態。這也是「墨子號」最難做的一項實驗，它還常常被人聯想到科幻電影《星艦迷航記》中的超時空傳輸。它們是一回事嗎？「墨子號」的地星量子隱形傳態實驗成果8月10日發表在國際權威學術期刊《自然》雜誌上。審稿人稱讚實驗結果「代表了遠距離量子通信持續探索中的重大突破」，「目標非常新穎並極具挑戰性，它代表了量子通信方案現實實現中的重大進步」。

三大目標

中國大陸科學家原計劃在量子衛星兩年的設計壽命中完成星地高速量子密鑰分發實驗；在相距1200公里的尺度上測試被愛因斯坦稱為「詭異的」量子糾纏現像；在「世界屋脊」西藏阿里和衛星之間實現量子隱形傳態實驗。而在不到一年的時間裡，「墨子號」量子衛星提前、圓滿地完成了預先設定的全部科學目標，系列成果贏得了巨大國際聲譽。量子衛星首席科學家、中國科學院院士潘建偉說，這表明中國大陸正從經典信息技術的跟隨者，轉變成未來信息技術的並跑者乃至領跑者。安全的量子通信在國防、軍事、金融等領域應用前景廣闊。專家預測，量子通信技術可能在20至30年後對人類社會發展產生難以估量的影響。

重要成果

量子隱形傳態是量子通信的一個重要內容，它利用量子糾纏可以將物質的未知量子態精確傳送到遙遠地點，而不用傳送物質本身。這有點像《星艦迷航記》中，宇航員在特殊裝置中說一句「發送我吧」，他就瞬間轉移到另一個星球。科學家指出，量子隱形傳態實驗中，被傳輸的是信息而並非實物。把粒子A的未知量子態傳輸給遠處的另一個粒子B，讓B粒子的狀態變成A粒子最初的狀態。注意傳的是狀態而不是粒子，A、B的空間位置都沒有變化，並不是把A粒子傳到遠處。當B獲得這個狀態時，A的狀態也必然改變，任何時刻都只能有一個粒子處於目標狀態，所以並不能複製狀態，或者說這是一種破壞性的複製。

「墨子號」量子隱形傳態實驗採用地面發射糾纏光子、天上接收的方式。衛星過境時與海拔5100米的西藏阿里地面站建立光鏈路，地面光源每秒產生8000個量子隱形傳態事例，實驗通信距離從500公里到1400公里，實驗傳送了6個量子態，置信度均大於99.7%。潘建偉說，「這一重要成果為未來開展空間尺度量子通信網絡研究，以及空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術基礎。」

最難實驗

在「墨子號」開展的星地高速量子密鑰分發、量子糾纏分發和地星量子隱形傳態三大實驗中，量子隱形傳態實驗是最難的。因為前兩個實驗都是從衛星向地面傳送光子，在起初的490公里真空中不會受到大氣影響，只有最後10公里進入大氣層最稠密的部分時會受到影響。

事實上，在量子態隱形傳態的漫長旅程中，每一點距離的進步都可以被視為一座里程碑。雖然最初的傳輸距離僅為數米，但美國《科學》雜誌的評語是，「儘管想要看到《星艦迷航記》中『發送我吧』這樣的場景，我們還得等上很多年，但量子態隱形傳態這項發現，預示著我們將進入由具有不可思議能力的量子計算機發展而帶來的新時代。」

現實意義

人是由10的28次方個粒子組成的，所以人類通過這種方式星際旅行還是個遙不可及的夢想。但是，300多年前克卜勒給伽利略寫了一封信，說人類應該造一艘能夠在太空中飛翔的帆船，去探索宇宙的奧秘。大約260年後的1969年，美國阿波羅計劃讓人類登陸月球成為現實，現在人類飛行器已經到了太陽系的邊緣。即使飛行太空的科幻永遠無法實現，量子隱形傳態研究也是有現實意義的。潘建偉說，量子隱形傳態可用於量子計算和量子網絡方面的研究，量子計算機之間未來要實現互聯互通，進行協同計算，就需要量子隱形傳態。