解讀|「墨子號」助攻,量子信息領域首次獲得諾貝爾獎

國盾量子 發佈 2022-10-08T23:49:56.917260+00:00

10月4日,瑞典皇家學院公布2022年諾貝爾物理學獎得主:阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞澤和安東·塞林格以表彰他們在「用於糾纏光子的實驗,確立對貝爾不等式的違反和開創性的量子信息科學」的卓越成就。這是量子信息科學研究者首次獲得諾貝爾獎。

10月4日,瑞典皇家學院公布2022年諾貝爾物理學獎得主:阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞澤和安東·塞林格以表彰他們在「用於糾纏光子的實驗,確立對貝爾不等式的違反和開創性的量子信息科學」的卓越成就。這是量子信息科學研究者首次獲得諾貝爾獎。其中,安東·塞林格不僅是中國科學院院士潘建偉的博士導師、中國科學院的外籍院士,他一直在積極推動國際交流與合作,對中國量子科技發展也保持著關注和支持。


以「墨子號」為代表的中國力量

一方面,諾貝爾獎首次授予量子科技領域的研究者是對量子科技領域的肯定。另一方面,頒獎委員會在介紹獲獎者的工作時,也提到了中國科學家團隊為此做出的傑出貢獻。

例如,本次獲得諾獎的塞林格教授,早從1983年開始就一直與中國科學院、中國工程院等機構定期交流與合作。1997年,塞林格首次實現量子隱形傳態的工作,被公認為是量子信息實驗研究的「開山之作」,這篇文章的第二作者正是當時作為他學生的潘建偉。

塞林格還受聘為中國科學技術大學、南京大學、西安交通大學的名譽教授。他的這次獲獎,與中國「墨子號」團隊在衛星尺度上證明了他所發明的技術密切相關。

在諾貝爾獎的官方介紹中,大量引用了中國科大潘建偉團隊的成果與貢獻。此次安東·塞林格獲獎所列出的量子通信實驗論文,除一篇理論文章之外,其餘有安東·塞林格名字的四篇量子通信實驗文章都有著潘建偉的名字,並且均為第一作者或第二作者。此外,後續還有三篇論文是在「墨子號」發射之後中國科學家做出的相關工作,「中國團隊的工作共提到了7項」。

例如,塞林格團隊以合作形式參與了中國科學院主導的洲際量子通信實驗,與中國科學技術大學潘建偉及彭承志等合作,利用「墨子號」量子科學實驗衛星,實現距離達7600公里的洲際量子密鑰分發,成功舉行了75分鐘的中國科學院和奧地利科學院洲際量子保密視頻會議,並利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。該成果顯示「墨子號」已具備實現洲際量子保密通信的能力。2018年,國際權威學術期刊《物理評論快報》以封面論文介紹了這一全球性科技進展。


感謝「讓理論成為現實的人」

值得一提的是,塞林格也是量子通信領域的開創者。他在獲獎後感謝了「所有讓只存在於理論的實驗變成現實的人」。在更早前,塞林格系統介紹過他對於量子通信網絡實際應用和商業價值的看法,並表示「目前中國是領跑者。」

「量子網絡已經不是面向未來的技術了。人類用網絡來交換信息,而量子通信網絡可以保證通信的安全性。人們想要在城市之間通信,比如在不同的大使館裡,就可以建立安全的量子通信網絡。這在很多對安全性要求高的通信中都非常有價值。

我相信會建成這樣的量子通信網絡,而且不會只有一家。中國,可能還有其他國家,包括美國都在建造量子通信網絡。以後可能還會有私人企業參與進來。

我相信在很多場合,信息安全都是非常重要的,而且人們願意付高價以保障通信安全。一些高度機密的商業談判,比如在航空公司購買商業航線的談判中,人們就會希望通信絕對保密,不會被競爭對手知曉本方的出價。所以說,量子通信技術有很大的商業前景,更不用提它的軍事價值了!

量子通信網絡的發展會像電腦一樣,最初只有三四台電腦被用於軍事用途,而現在每個房間裡幾乎都有一台電腦。原因有兩個:首先,技術進步了,它可以實現很多人們預想不到的功能;第二個原因就是價格下降了。在量子通信領域也會發生類似的事情。」


「為量子技術的新時代奠定基礎」

諾獎官方表示,阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞瑟和安東·塞林格通過開創性的實驗,展示了研究和控制糾纏態粒子的潛力。三位獲獎者對相關實驗工具的開發,為量子技術的新時代奠定了基礎。這也是諾貝爾獎首次頒發給量子信息科學學者。

阿斯佩、克勞瑟和塞林格的成果為基於量子信息的新技術掃清了道路,讓不可思議的量子力學效應找到了實際的應用,並造就了一個龐大的研究領域,包括量子計算機、量子網絡和安全的量子加密通信。

20世紀60年代,約翰·貝爾提出了以他名字命名的數學不等式。這說明,如果存在隱藏變量,大量測量結果之間的相關性將永遠不會超過某個值。然而,量子力學預言,某種類型的實驗將違反貝爾不等式,從而導致比其他方式更強的相關性。

克勞瑟發展了約翰·貝爾的想法,並設計了一個實際的實驗。使用該實驗進行測量時,他通過明確違反貝爾不等式的實驗結果,來支持了量子力學。這意味著量子力學不能被一個使用隱藏變量的理論所取代。在克勞瑟的實驗之後,仍然存在一些漏洞。阿斯佩發展了這個實驗,用它來彌補一個重要的漏洞。他在糾纏對離開其源頭後,切換了測量設置,因此當它們被發射時,之前存在的設置不會影響其結果。利用系列實驗和巧妙的工具設置,塞林格開始使用糾纏的量子態,其研究小組已經證明了一種叫做量子傳送的現象,這使得粒子間的量子態轉移成為可能。

諾貝爾物理學委員會主席安德斯·伊爾巴克(Anders Irbäck)說:「我們可以看到,獲獎者在糾纏態方面的工作具有重要意義,甚至超越了有關量子力學解釋的基本問題。」




從量子通信到量子計算,再到量子測量,每一個領域我國都進行了系統籌劃和布局,才有了量子科技實現從跟跑、並跑到部分領跑的歷史飛躍,集中湧現出「墨子號」「濟南一號」「九章」「祖沖之號」等一批重大成果,量子科技發展體系化能力穩步建立。

而量子科技的發展也在推動著產業化的進程。作為率先從事量子技術產業化的公司,國盾量子有幸參與並見證了量子產業從0到1,反哺科研的過程。公司在量子通信方面,量子保密通信「京滬幹線」「武合幹線」等骨幹網,以及北京、上海、合肥、濟南等地城域網提供核心器件和技術保障,為「星地一體」廣域量子保密通信網絡建設提供小型化衛星地面站產品;在量子計算方面,參與「祖沖之號」超導量子計算優越性實驗等前沿科技攻關,推動科技成果轉移轉化;在量子測量方面,與合作企業推出光量子雷達等精密測量儀器。

未來,我們將繼續踐行「量子科技 產業報國」使命,推動我國乃至世界的量子科技及產業發展。我們期待也相信,諾獎舞台、世界科技舞台會出現越來越多的中國身影、中國力量。


(綜合自 科技日報、DEEP深科技 、知識分子、三聯生活周刊等媒體報導)

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