本报讯 据澎湃新闻网8月10日消息，提到“瞬间传输”，不少人脑子里会浮现起《星际迷航》。虽然我们目前离瞬间传输人类还很遥远，但中国科学家已经借助量子科学卫星“墨子号”，实现了地星之间量子态的“瞬间传输”。

北京时间8月10日凌晨，世界顶级学术期刊《自然》报道了中国科学技术大学潘建伟、彭承志团队的两项最新成果，其中一项就是地星之间的量子隐形传态。

星地传密

8月10日凌晨，中国科技大学潘建伟、彭承志团队联合中科院上海技物所等单位宣布，“墨子号”在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态。这是继今年6月实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验后，我国科学家利用“墨子号”实现的又两项重大突破。

向身处遥远两地的用户分发量子密钥，利用该密钥对信息采用一次一密的严格加密，这是目前理论上不可窃听、不可破译的通信方式。什么是量子密钥？这得从量子特性和传统信息加密技术的“瓶颈”说起。作为最小的、不可再分割的能量单位，量子具有不可克隆、“测不准”等特性。用量子做成“密钥”来传递信息，窃听必然会被发现，且加密内容不可破译。

传统的信息加密技术，依靠的是计算的“复杂性”，但随着数学和计算能力的飞速提升，再复杂的加密算法也“很快”会被破解。基于“量子密钥”的量子通信，则是一种“原理上无条件安全”的通信方式，也为破解信息加密“瓶颈”提供了解决方案。

去年8月升空的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，为通过太空“量子传密”提供了可能。实验表明，在1200公里通信距离上，星地量子密钥的传输效率比地面光纤信道高1万亿亿倍，卫星平均每秒发送4000万个信号光子，一次实验可生成300千比特（kbit）的密钥，平均成码率达1.1千比特/秒（kbps）。

隐形传态

论文的第一作者、中科大上海研究院任继刚副研究员向澎湃新闻强调，量子隐形传态是利用量子纠缠可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，而不用传送物质本身，远距离量子隐形传态是未来实现大尺度分布式量子信息处理网络的基本单元。

在一个月以前，潘建伟团队曾登上另一顶级期刊《科学》的封面。当时，他们创下了世界量子纠缠分发距离的记录，达到1200公里，实现了一个数量级上的突破。

量子是物理学中不可再分的基本单元，由德国物理学家普朗克在1900年首次提出。比如，光子就是量子性的，不存在“半个光子”的说法。

科学家们在量子的世界中，发现了许多奇妙的现象。其中，量子纠缠就是一种奇妙的表现，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联，其中一个量子状态发生改变（比如人们对其进行观测），另一个的状态会瞬时发生相应改变，仿佛“心灵感应”。比方说，如果一个光子的偏振态是“向上”的，那么另一个光子的偏振态必然是“向下”的。

这个构思源于爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在头脑里做的一个实验，因此，这样的一对粒子也被称为“EPR”对。

在量子纠缠的帮助下，量子态的塌缩是瞬间发生的。这就好比，你去北京出差，打开行李箱一看，只带了一只左手的手套。那么，你立刻就能知道，落在上海家中的另一只手套肯定是右手的。一个事件影响的传播超过了光速，这不符合定域实在论。终其一生，爱因斯坦都认为量子力学是个不完备的理论。

不过，后人在实验中成功地实现了量子纠缠， “墨子号”卫星将纠缠光子对分发到青海德令哈和云南丽江地面站，更是刷新了量子纠缠的最远距离：1200公里。

这次，潘建伟团队在量子纠缠的基础上更进一步，玩了一个更为匪夷所思的“魔术”：大变光子。

首先，科研人员在西藏阿里的地面站制备纠缠光子对A和B，将其中一个光子B分发给“墨子号”卫星，组成一条隐形传态的信道。科研人员同时对另一个地面上的光子C和A进行一个操作，称为“贝尔态测量”（BSM）。根据量子的一些基本特性，光子C和A经过测量之后，他们的量子态会改变，与A处于纠缠态的B也会发生相应变化。在得到某一个测量结果时，光子B恰好会变到光子C最初的状态。 （胡适真）