十年十倍 “墨子号”实现1200公里地表量子态传输新纪录 全面领跑!中国量子通信不可限“量”

记者5月6日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟院士及同事彭承志、陈宇翱、印娟等利用“墨子号”量子科学实验卫星，近期首次实现了地球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输，向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。

利用量子隐形传态实现远距离量子态传输，是构建量子通信网的重要途径。但在实现过程中，量子纠缠分发的距离和品质会受到信道损耗、消相干等因素影响，如何突破传输距离限制，一直是国际量子通信研究的核心问题之一。

中国发射的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，为人类探索远距离量子通信提供了新平台。但受大气湍流影响，光子在大气信道中传播后，实现基于量子干涉的量子态测量非常困难。

近期，潘建伟团队创新性地将光学一体化粘接技术应用到空间量子通信领域，实现了具有超高稳定性的光干涉仪，无需主动闭环即可长期稳定，克服了远距离湍流大气传输后的量子光干涉难题。他们结合基于双光子路径—偏振混合纠缠态的量子隐形传态方案，在中国云南丽江站和青海德令哈地面站之间完成了远程量子态的传输验证，并且在实验中对六种典型的量子态进行了验证，传送保真度均超越了经典极限。

2012年，潘建伟团队在国际上首次实现百余公里自由空间量子隐形传态。10年后，他们成功实现突破，创造了1200公里地表量子态传输的新世界纪录。

日前，国际权威学术期刊《物理评论快报》发表了该成果。审稿人认为，“这个实验比以前的实验更具挑战性，克服了重大技术挑战，对未来量子通信应用具有重要意义”。

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中国牵头编制

国际量子通信标准

进入21世纪，量子领域的新发现、新理论、新技术密集涌现，预示着第二次量子革命已进入起跑期、加速期。《自然》杂志评论认为：“第二次量子革命的战鼓已敲响！”

“量子三大领域，我们现在全方位都在第一梯队。原来量子计算相对落后，现在逐渐赶上来了。”中国科学院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿说。

在量子通信领域，全球正处在网络建设和应用探索齐头并进的阶段。

高约1米、重不足百公斤，深邃的镜头仰望天空……这是近期由科大国盾量子技术股份有限公司推出的全球首款小型化可移动量子卫星地面站。

“这种地面站重量轻、可移动，12小时内能安装好，边疆、海岛等偏远地区用它与‘墨子号’卫星对接，可以便捷地使用量子保密通信。”科大国盾公司量子项目总监周雷介绍，他们的另一款新应用是商用量子密钥分发器，每秒可产生上千个密钥，目标是让“光纤可达”的地方都能用上量子通信。

据悉，目前国际量子通信的研发方向聚焦于通信距离、核心部件、小型化、新协议等方面，在政务、能源、金融等领域的新应用不断出现，行业标准、测评规范等逐步完善。中国处于全球科研、应用前列，在国际电信联盟和国际标准化组织牵头编制量子通信标准。

● 十年十倍

快速编织全球量子通信网

2012年

我国在国际上首次实现百余公里自由空间量子隐形传态

2016年

随着“墨子号”量子科学实验卫星的成功发射，首先实现了千公里的双站纠缠分发，“墨子号”平台为量子通信实验提供了宝贵的纠缠分发资源

2021年

我国建成全球首个星地量子通信网，创造500公里的现场光纤量子通信世界纪录，进一步巩固优势

2022年

再次创造1200公里地表量子态传输的新世界纪录

以“墨子号”为平台，中国实现“千里纠缠、星地传密、隐形传态”三个国际量子科研重大突破。

● 量子三大领域

中国全部位列第一梯队

◎ 量子计算

令人类的运算能力实现指数级增长

◎ 量子通信

在理论上做到通信的绝对保密

◎ 量子精密测量

将探测精度从微米级提升至“原子级”

未来5年左右

·量子计算将可能出现基于含噪声中等规模量子处理器，结合云平台探索具备实用化价值的应用算例

·量子通信将聚焦量子信息网络关键技术和使能组件进行攻关，开展组网原型实验并逐步推动构建标准体系，持续探索量子保密通信商用化场景

·量子精密测量将有望在新一代定位、导航和授时系统，微弱磁场和重力场测量系统、高灵敏度成像系统等领域率先突破应用

● 中国团队克服

“纠缠”已久难题

·理论上

量子态传输距离可以无穷远。

利用量子隐形传态来实现，是构建量子通信网络的重要实现途径之一，也是实现多种量子信息处理任务的必要元素。

·难点

量子纠缠分发的距离和品质会受到信道损耗、消相干等因素的影响。由于大气湍流的影响，光子在大气信道中传播后，实现基于量子干涉的量子态测量是非常困难的。

·解决方案

实验团队利用光学一体化粘接技术实现了具有超高稳定性的光干涉仪，无需主动闭环即可长期稳定。

● 1200公里的地表距离创造量子态传输新纪录

云南丽江站——德令哈地面站

完成了远程量子态的传输验证。实验中对六种典型的量子态进行了验证，传送保真度均超越了经典极限

本组稿件据新华社、科技日报、中国科学院网站

制图/方磊