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中国量子雷达远程探测 创造世界纪录早是家常便饭

2017/6/19 16:18:54     来源:环球网      编辑:liufeng
6月16日,中国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在媒体的闪光灯下宣布:中国率先实现了“千公里级”的星地双向量子纠缠分发,打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录,回答了爱因斯坦关于量子力学的“百年之问”。

中国量子雷达远程探测,潘建伟

2015年,11月初,大西北已经入冬,但对量子雷达团队成员来说,寒风没什么大不了的,更让他们焦急的是验收之前两个小时的突发停电。

与其他外场的情况不同,近红外波段的量子探测属于14所新开创的领域,环境需求比较特殊,没有可靠的野外保障装备,也没有成熟的基地可以依托,因此从设备的供电、防护到人员的住宿、伙食都需要项目组从头安排,试验场地则要先与当地村民达成协议,从“斫榛莽、焚茅筏”开始,在一个小山头上开辟出一块空地。量子雷达试验设备主要供电来自于一个废弃小砖窑的电力线路,停电在平时也是家常便饭,项目组准备了小型发电机备用,但是就在验收之前,发电机也因故障停工了。

量子雷达原理样机的验收只能在夜间进行,日落之后的海北高原更加寒冷,项目组把验收专家送往县城的宾馆休息,立即联系相关单位,并连夜在实验舱中整理设备,随时准备恢复试验。终于,在半夜12点左右,供电恢复了。凌晨6点的外场,寒冷、安静,量子雷达的发射端缓缓转动,20公里外的、50公里外的目标一一被探测到,随后,转台转向某角度,屏幕上显示在数百公里外的位置忽然检测出明显的信号,国内首台威力突破百公里量级的同类型雷达样机通过验收!

就在高原湖畔,我们量子雷达研究团队对量子雷达样机进行了远程探测试验,一举突破了同类雷达的探测极限,在国际上首次实现量子层次的远程雷达探测。2016年,美国智库caps援引了我国量子雷达团队的研究进展,指出中国完成了量子雷达样机的远程试验走到了世界的前列。

就像是一个隐喻,来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光,看上去像极了汉字里大写的“人”字,这幅景象被当作“封面”,刊印在6月17日的美国知名学术期刊杂志《科学》上。这一次中国科学站到了世界面前,而且是挺直腰杆,站在了最前沿。

6月16日,中国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在媒体的闪光灯下宣布:中国率先实现了“千公里级”的星地双向量子纠缠分发,打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录,回答了爱因斯坦关于量子力学的“百年之问”。

赞誉、解读、报道纷至沓来——

《科学》杂志审稿人称该成果是“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“毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。

美国波士顿大学量子技术专家谢尔吉延科评价:这是一个英雄史诗般的实验,中国研究人员的技巧、坚持和对科学的奉献应该得到最高的赞美与承认。

在中科院新闻发布当天,潘建伟没有刻意掩饰自己的激动,他说:“这是我这辈子目前为止,做过的最好的科学成果。”

尽管对他和他的团队来说,所谓领跑,或是创造世界纪录,早已是家常便饭——

英国《自然》杂志在报道潘建伟团队量子通信研究成果时就提到:这标志着中国在量子通信领域的崛起,从10年前不起眼的国家发展为现在的世界劲旅,将领先于欧洲和北美。

“世纪之问”:全球大国新博弈

人类之所以爱上科学,很大程度上在于它能够探索未知,满足我们的好奇心。如今,一个不难描述的未知问题摆在人类面前——

在人类肉眼看不到的微观世界中,事物究竟是以“概率”而存在的,还是“确定”存在的?举个关于足球的例子,在宏观世界,我们可以确定地知道它究竟在哪个点,但在微观世界,一个足球就相当于一个粒子,人们似乎只能判断它出现在足球场某个点的概率,却无法确切地知道它究竟在哪里。

按照潘建伟的说法,要让量子通信实用化,需要实现量子纠缠的“远距离”分发。一代又一代学者接力走下来,人类似乎遭遇了“瓶颈”:由于量子纠缠“太脆弱”,会随着光子在光纤内或地表大气中的传输距离而衰减,以往的实验只停留在“百公里”量级的距离。

潘建伟粗略地测算过,使用光纤进行量子分发,传输“百公里”距离,损耗已达99%;传输“千公里”的距离,每送1个光子大约需要3万年,“这就完全丧失了通信的意义”。

“弯道超车”:中国在太空领跑

事实上,在量子物理学诞生的一百多年里,有关研究始终长盛不衰。但是,在只争朝夕的国际科研竞争前几十年,一直难见到中国人的身影。起步晚,是中国人甩不掉的标签,但这并不妨碍我们“弯道超车”。

2003年,潘建伟团队开始实验“长距离”量子纠缠,从13公里到100公里,从追赶走向超越。2012年8月9日,国际学术期刊《自然》杂志以封面标题形式发表了潘建伟团队的研究成果:他们在国际上首次成功实现了“百公里”量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。

这一成果不仅刷新世界纪录,有望成为远距离量子通信的里程碑,而且为发射全球首颗量子科学实验卫星即如今的“墨子号”奠定了技术基础。同年12月6日,《自然》杂志为该成果专门撰写了长篇新闻特稿《数据隐形传输:量子太空竞赛》,详细报道了这场激烈的量子太空竞赛。

又过了4年,潘建伟团队通过发射“墨子号”卫星,将“量子纠缠”的实验距离拉到“1200公里”,把科学家一直假想的实验变成了现实,也让中国量子在太空中领跑全球。

加拿大滑铁卢大学量子技术专家延内魏因说,国际上确实存在量子科研竞赛。“中国团队已克服了好几个重大技术与科学挑战,清楚地表明了他们在量子通信领域处于世界领先地位。”

异军突起:体制机制做后盾

潘建伟不止一次地被问到:中国这一次为何得以领先欧美国家?

而他的回答,往往是“集中力量办大事”,有赖于中国“大科学”项目建设的高效性。

那时,有一个叫彭承志的,还是一头黑发的年轻小伙,如今却已是头发花白的量子卫星科学应用系统总师、中国科学技术大学的教授,也是这次“千公里”量级重要成果的主要完成人之一。

据他回忆,2003年,潘建伟找到还是博士生的他,向他描述量子通信的前景。他问潘建伟:“这个事,是不是挺牛的?”

潘建伟说:“是世界上最牛的,至少是之一”。

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