由中国科技大学和清华大学研究人员组成的联合小组，成功实现了１６公里的“量子态隐形传输”，而这个距离是目前世界纪录的２７倍！该实验表明，科学家向全球化量子通信网络的最终实现迈出了重要一步。英国学术期刊《自然－光子学》６月号的封面文章，报道了这一成果。

　　创造最长距离量子传输

　　什么叫“量子”？量子一词源自拉丁语“ｑｕａｎｔｕｓ”，意为“多少”。量子的概念是德国物理学家普朗克于１９００年首先提出的，到今天已经一百多年了。从物理学的角度，量子是不可分的最小的能量单位。例如，“光量子”就是光的最小单位。在原子、中子、质子等微观领域中，某些物理量的变化是以最小的单位呈跳跃式进行的，而不是连续的，这个最小的单位就叫做量子，量子是不可分割的、最最基本的。在量子力学中，这种微观粒子的运动状态，称为量子态。

　　中国科学家在长距离量子通信方面取得重大进展，与一位传奇人物——中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室的潘建伟教授分不开。现年３９岁的潘建伟，曾在奥地利维也纳大学攻读博士学位，后留校从事研究工作。１９９７年１２月，潘建伟与奥地利物理学家安东尼·赛林格等人合作，首次实现了“量子态的隐形传输”，该成果被誉为“量子信息实验领域的突破性进展”，欧洲物理学会将其评为世界物理学的该年度十大进展，美国《科学》杂志将其列为该年度全球十大科技进展。

　　１９９９年，该研究的论文同德国物理学家伦琴发现Ｘ射线、爱因斯坦建立相对论等重大研究成果一起，被英国《自然》杂志选为“百年物理学２１篇经典论文”。２００１年，潘建伟回国，在不到１０年的时间里，又获得了一系列重大突破，使中国在量子通信领域处在世界领先地位。２００４年，与潘建伟合作过的奥地利物理学家安东尼·赛林格，在一次实验中使量子态隐形传输的距离达到６００米，这被认为是迄今为止的世界纪录。２００７年开始，由潘建伟等人负责的中国科大－清华大学联合研究小组，在北京八达岭与河北怀来之间，架设了长达１６公里的“自由空间”量子信道，在２００９年成功实现了世界上最远距离的量子态隐形传输，１６公里相当于此前世界纪录的２７倍！这里所说的“自由空间”，即我们生存的空间，不像奥地利科学家当时所用的多瑙河河底的光纤通道。当然，潘建伟等人的实验结果要成为新的世界纪录，还需要有关国际机构的认证。

　　“鬼魅似的远距互动”

　　“量子态隐形传输”，借助的是物理学的“量子纠缠”原理。处于“纠缠态”的两个或多个物体（注意，物体不是在Ａ消失瞬间到了Ｂ，而是原本就有两个以上的物体），被一种神秘力量联系在一起，即使将它们相互隔离很远，这种联系仍然存在。“量子纠缠”的概念，是由爱因斯坦等人在１９３５年提出的，爱因斯坦称其为“鬼魅似的远距互动”。拿两个处在“纠缠态”的电子来说，它们的运动方向相反、速度相同，不论距离有多远，只要一个的自转方向改变，另一个必定随之改变，其中没有任何时间差。１９８０年，法国物理学家阿兰·阿斯佩克特，首次用实验证实了这一现象的存在，阿斯佩克特因此被授予２０１０年沃尔夫物理学奖（编者注：沃尔夫奖由生于德国后移居以色列的犹太人沃尔夫及其家族于１９７５年设立，奖励对推动人类科学与艺术文明做出杰出贡献的人士，我国农学家袁隆平于２００４年获得沃尔夫农学奖）。

　　联合小组成员、清华大学的彭承志教授在接受国内媒体采访时说，在实验的两端装好设备，先用经典强光打通光学链路，然后进行量子态隐形传输实验。由于光纤信道中的损耗和环境干扰，量子态隐形传输的距离难以大幅度提高。但到了大气层外，损耗几乎为零。这对于未来实用化全球量子通信网络的建立，具有十分重要的意义；为发射卫星上天、利用卫星平台中转实现全球化量子通信，打下了基础。彭教授说，此次实验传输的是量子态，而不是量子本身，有些媒体解读为可实现物体的“超时空转移”，是不严谨的。比方说，甲、乙两人各拿一个骰子，距离很远，当甲手中的骰子从“１点”迅速变为“５点”，乙手中的骰子能同步变换。此次实验证实“骰子”变化的同步性，而不是甲手中的“骰子”能迅速隐形传输到乙手中，是信息的隐形传递，而不是物体本身“乾坤大挪移”。

　　保密性“万无一失”

　　科幻作家首先想到的，是用“隐形传输”让人或者物体神秘消失，科学家们则想到利用这一特点传递信息。量子通信是基于“量子纠缠”原理基础上的一种新型通信技术，在神奇的“隐形传输”世界中，效果非同凡响。量子纠缠除神秘之外，还可以成为“万无一失”的量子通信保密系统和具有超级计算能力的量子计算机的基础。

　　需要指出的是，量子通信虽然带有玄妙色彩，但整个过程是基于现代物理学基本原理的。量子通信传输的，不是组成“纠缠”状态的量子本身，更不是人们通常意义上的宏观物体，而是以量子“纠缠”的形式，将信息从一个区域传递到另一个区域。量子通信的信息传输单位是“量子比特”，其传输是在基于相关协议的基础上，通过常规的通信线路完成的。乍一看，这似乎和常规通信区别不大。但为何常规通信即便加密也能被窃听，量子通信却能做到“不可能泄密”呢？

　　保密性一直是通信领域的难题，这一课题在当代信息社会更是具有重要意义。目前所用的保密技术普遍使用密钥（一种加密和解密手段），但要让对方与己方有相同的密码本。可密码本在传送过程中是不安全的，有可能被人窃取或复印。因此，现在的保密通信本质上都不安全。量子信息技术在建立密钥时，不是事先有一个密码本，而是与对方有一个协议。通过这个协议使用量子的性质，这些性质都是已知的，没有秘密可言。量子通信中所说的光量子，即是光线的基本组成单位光子。一个个光子通过光纤或是通过自由空间送到对方，每一个光子含有０和１，密钥就是０和１的随机数，把这个随机数传到对方，对方收到随机数即产生一个随机密钥，只是需要时才建立，不需要保存，也就避免了泄露，经过加密的信息除了传输者本人外，他人无法获知，即便看到也是乱码。

　　量子信息技术的另一个重要应用是量子计算机。量子计算机最早是由美国著名物理学家理查德·费曼在上世纪６０年代提出的。１９９４年，美国贝尔实验室科学家彼得·肖（Ｐｅｔｅｒ　Ｓｈｏｒ，现为麻省理工学院教授）提出了著名的“肖氏算法”，在解决一些问题时速度远非普通计算机可比。如把电子计算机看成单一乐器，量子计算机就像交响乐团，一次运算可以处理多种状况。不过，制造量子计算机难度相当大，还处在基础研究阶段。

　　参考资料

　　量子非“子”

　　１９００年１２月１４日，德国科学家马克斯·普朗克在世界上首次宣布了“量子化假说”：在光波的发射和吸收过程中，发出光波物体和吸收光波物体的能量变化，都是不连续的，能量值只能取某个最小能量单元的整数倍，这一最小能量单元被称为“能量子”，后被直接叫作“量子”。１９０５年，德国科学家爱因斯坦提出了“光量子假说”，进一步完善了量子概念。爱因斯坦认为，能量子概念不只是在光波的发射和吸收时才有意义，光波本身就是由一个个不连续的、不可分割的能量子组成。由此逐渐确立了量子理论。

　　宇宙自然界是由两大系统——粒子系统和量子系统构成的有机整体。在能量后加个“子”，是量子论从创立开始就隐含其中的疏忽之举。粒子和（能）量子并用，很容易让人将指代实体的概念“粒子”和指代属性的概念“量子”混为一谈。量子世界往往不能被正确理解的根源，就在于此。因为量子不属于微观粒子，但通过量子数的变化却能衡量包括电子、质子在内几乎所有微观粒子的能量变化，就像“白马”这个组合词，“白”代表属性，“马”才是实物。“粒子”是名词，“量子”只是形容词而已。