2016年8月16日成功发射以来还不满周岁的中国“墨子号”量子科学实验卫星，2017年6月16日牛刀小试。

2016年11月9日，在河北兴隆观测站，“墨子号”量子科学实验卫星过境，科研人员在做实验(合成照片)。新华社记者 金立旺 摄

这一日，“墨子号”登上美国《科学》杂志封面。画上的它张开太阳能双翼，“身体”向下发出的两条红色光链路乍看像是“双足”。它屹立于天地间，显得神气十足。

中国科学院联合研究团队同日在合肥宣布成果：他们将量子纠缠分发的世界纪录从百公里级提高到千公里级，并以每秒1对的速度在两个地面站间建立量子纠缠。

通俗而言，量子纠缠是指两个或多个处于纠缠状态的粒子彼此感应，无论相距多远，当其中一个粒子的状态发生改变，另一个或多个粒子随之而变。

但科学界对此存疑，包括爱因斯坦在内的一批科学家就认为量子力学不完备，测量结果受到某种“隐变量”的预先决定。于是物理学家贝尔提出了贝尔不等式，为人们提供了实验上的检验方法：将制备好的两个纠缠粒子(一般是光子)分别发送到相距很远的两个点，再观察两个点的统计测量结果。

“按照爱因斯坦的观点，我还没有告诉你我这里发生什么，怎么会对你产生影响。”“墨子号”首席科学家、中国科学技术大学教授潘建伟打比方说。如果两个点相距足够遥远，在短到光都无法到达的时间里，若两个纠缠粒子还是“遥相呼应”，质疑声不攻自破。

潘建伟团队在2003年提出利用卫星实现远距离量子纠缠分发的方案。之所以利用卫星，一方面是可以避免光子在光纤内或地表达大气随传输距离而衰减；另一方面是可以追求更远的距离，还可以验证量子纠缠会否受到引力作用。

在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下，潘建伟及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组，以及微小卫星创新研究院等院所，成功将世界首颗量子科学实验卫星送入距地约500公里的太阳同步轨道。

那么，“墨子号”究竟如何在空间尺度上开展量子纠缠分发实验？

倘若细究《科学》杂志封面上“墨子号”，它该是一脚“踏”在青海德令哈站，另一脚“踏”在云南丽江站，这两个地面站相距1203公里。“墨子号”过境时同时与两站建立光链路，发出量子纠缠光子对。此前量子传输距离纪录仅仅是百公里量级。

王建宇形容，地面站接收“墨子号”分发光子的难度相当于“从地球看月面上划一根火柴”，或是“在地面用不停旋转的、直径10厘米的储蓄罐，去接万米高空飞机抛下的硬币”。他自信表示：“我们的信标光与激光信号的对准精度是国际上最高的。”

实验证明，“墨子号”量子纠缠的传输衰减程度仅是同样长度最低损耗地面光纤的一万亿分之一。传输效率大大提升，分发1对光子从需要3万年提高到1秒。

16日公布的科研成果震动国内外，《科学》杂志审稿人断言：“绝对毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大的影响”。加拿大滑铁卢大学量子项目成员托马斯·延内魏因说：“很明显，他们(潘建伟团队)是量子卫星的世界领跑者。”

“目前我们确实领先，用了十多年时间做成第一。”潘建伟在接受中新社记者采访时说。边说边看着手机上传来英国广播公司(BBC)等媒体的追踪报道，“现在大家提出要尽可能赶上我们，我们还有严重的危机感。”

他举例说，目前的贝尔不等式实验都还没有终极意义上关闭光的自由意志选择漏洞，也就是所谓“产生随机数的机器会否早已串通”的猜疑。科学家们的设想是超越每秒30万公里的光速，在足够远的地方，让拥有自由意志的“人”来完成实验。

这设想未免“疯狂”，于是潘建伟为“墨子号”设定了几个小目标，比如与欧洲同行合作进行洲际量子密钥分发，“在北京和维也纳之间进行量子加密视频通话”；比如要改变“墨子号”现在只能“上夜班”的情况，未来24小时工作；还比如要突破“墨子号”每次过境时只有5分钟可以做实验的限制，向中高轨道发射卫星。

科学家希冀研究成果早日得到应用，“在‘十三五’末至‘十四五’初实现真正满足保密需求的型号，再用10年时间走向千家万户。”潘建伟说。(中新社记者 张素)