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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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引力是否會(huì)讓糾纏的光子發(fā)生變化

“墨子號(hào)”首次太空求解

2019-09-23 光明日?qǐng)?bào) 齊芳

【字體：大中小】

語(yǔ)音播報(bào)

　　我們知道，量子密碼之所以安全，就是因?yàn)榱孔蛹m纏存在遙遠(yuǎn)距離之間的關(guān)聯(lián)性。那么，引力會(huì)不會(huì)讓糾纏的光子發(fā)生變化呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，這次實(shí)驗(yàn)就是要在一定范圍內(nèi)回答這個(gè)問(wèn)題。

　　對(duì)科學(xué)家而言，這不僅是要解答引力與量子力學(xué)之間的關(guān)系，更涉及一個(gè)所有物理學(xué)家都非常關(guān)心的根本問(wèn)題：廣義相對(duì)論和量子物理是否有大一統(tǒng)的可能性。

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、試驗(yàn)的主要參與者之一陳宇翱介紹，量子力學(xué)和解釋引力的廣義相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。它們?cè)诟髯缘念I(lǐng)域都取得了巨大成功，但任何試圖將它們?nèi)诤系睦碚摴ぷ鞫加龅綐O大困難——在目前已知的四種基本相互作用中，電磁、弱相互作用和強(qiáng)相互作用都已量子化，而且已經(jīng)統(tǒng)一，唯有關(guān)于引力作用的量子化問(wèn)題一直懸而未決。而這次實(shí)驗(yàn)，就是多國(guó)科學(xué)家共同合作，試圖在某個(gè)層面上將廣義相對(duì)論和量子物理學(xué)放入一個(gè)統(tǒng)一理論框架中，并用“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星對(duì)其中一種理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

　　在引力與量子力學(xué)的問(wèn)題上，理論物理學(xué)家曾經(jīng)提出了多種解釋，但都缺乏實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)——一個(gè)主要的原因是難以達(dá)到所需要的極端實(shí)驗(yàn)條件。于是，理論物理學(xué)家更進(jìn)一步，探討了一些在目前實(shí)際條件下可能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的新機(jī)制，比如澳大利亞物理學(xué)家就提出一個(gè)“事件形式”理論模型。該方案預(yù)言，糾纏光子對(duì)在地球引力場(chǎng)中的傳播，其關(guān)聯(lián)性會(huì)概率性地?fù)p失。

　　量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星正是檢驗(yàn)這一理論的理想平臺(tái)。得益于“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的前期實(shí)驗(yàn)工作和技術(shù)積累，本研究在國(guó)際上率先在太空開展引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，對(duì)穿越地球引力場(chǎng)的量子糾纏光子退相干情況展開測(cè)試。

　　最終，通過(guò)一系列精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論分析，本次實(shí)驗(yàn)令人信服地排除了“事件形式”理論所預(yù)言的引力導(dǎo)致糾纏退相干現(xiàn)象；在實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，該工作對(duì)之前的理論模型進(jìn)行了修正和完善。修正后的理論表明，在“墨子號(hào)”現(xiàn)有500公里軌道高度下，糾纏退相干現(xiàn)象將表現(xiàn)得比較微弱。潘建偉說(shuō)：“我們排除了‘事件形式’較強(qiáng)的理論模型，但還有其他版本的理論模型有待檢驗(yàn)?！?/p>

　　這個(gè)試驗(yàn)只是開始，潘建偉說(shuō)：“經(jīng)過(guò)修正后的理論模型是否正確仍然懸而未決。”為了進(jìn)一步進(jìn)行確定性的驗(yàn)證，未來(lái)需要在更高軌道的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展研究。潘建偉介紹，團(tuán)隊(duì)將發(fā)射一顆新的衛(wèi)星，預(yù)計(jì)它的軌道將比“墨子號(hào)”高20到60倍，其中一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)就是能夠在理論預(yù)言更強(qiáng)的糾纏退相干范圍內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)。

　?。ㄔd于《光明日?qǐng)?bào)》 2019-09-22 04版）

　　20日凌晨上線的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)布了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志、范靖云等與美國(guó)加州理工學(xué)院、澳大利亞昆士蘭大學(xué)等單位的科研人員合作完成的一項(xiàng)成果——利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星對(duì)一類預(yù)言引力場(chǎng)導(dǎo)致量子退相干的理論模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。這是國(guó)際上首次利用量子衛(wèi)星在地球引力場(chǎng)中對(duì)嘗試結(jié)合量子力學(xué)與廣義相對(duì)論的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，將極大地推動(dòng)相關(guān)物理學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　我們知道，量子密碼之所以安全，就是因?yàn)榱孔蛹m纏存在遙遠(yuǎn)距離之間的關(guān)聯(lián)性。那么，引力會(huì)不會(huì)讓糾纏的光子發(fā)生變化呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，這次實(shí)驗(yàn)就是要在一定范圍內(nèi)回答這個(gè)問(wèn)題。
　　對(duì)科學(xué)家而言，這不僅是要解答引力與量子力學(xué)之間的關(guān)系，更涉及一個(gè)所有物理學(xué)家都非常關(guān)心的根本問(wèn)題：廣義相對(duì)論和量子物理是否有大一統(tǒng)的可能性。
　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、試驗(yàn)的主要參與者之一陳宇翱介紹，量子力學(xué)和解釋引力的廣義相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。它們?cè)诟髯缘念I(lǐng)域都取得了巨大成功，但任何試圖將它們?nèi)诤系睦碚摴ぷ鞫加龅綐O大困難——在目前已知的四種基本相互作用中，電磁、弱相互作用和強(qiáng)相互作用都已量子化，而且已經(jīng)統(tǒng)一，唯有關(guān)于引力作用的量子化問(wèn)題一直懸而未決。而這次實(shí)驗(yàn)，就是多國(guó)科學(xué)家共同合作，試圖在某個(gè)層面上將廣義相對(duì)論和量子物理學(xué)放入一個(gè)統(tǒng)一理論框架中，并用“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星對(duì)其中一種理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
　　在引力與量子力學(xué)的問(wèn)題上，理論物理學(xué)家曾經(jīng)提出了多種解釋，但都缺乏實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)——一個(gè)主要的原因是難以達(dá)到所需要的極端實(shí)驗(yàn)條件。于是，理論物理學(xué)家更進(jìn)一步，探討了一些在目前實(shí)際條件下可能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的新機(jī)制，比如澳大利亞物理學(xué)家就提出一個(gè)“事件形式”理論模型。該方案預(yù)言，糾纏光子對(duì)在地球引力場(chǎng)中的傳播，其關(guān)聯(lián)性會(huì)概率性地?fù)p失。
　　量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星正是檢驗(yàn)這一理論的理想平臺(tái)。得益于“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的前期實(shí)驗(yàn)工作和技術(shù)積累，本研究在國(guó)際上率先在太空開展引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，對(duì)穿越地球引力場(chǎng)的量子糾纏光子退相干情況展開測(cè)試。
　　最終，通過(guò)一系列精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論分析，本次實(shí)驗(yàn)令人信服地排除了“事件形式”理論所預(yù)言的引力導(dǎo)致糾纏退相干現(xiàn)象；在實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，該工作對(duì)之前的理論模型進(jìn)行了修正和完善。修正后的理論表明，在“墨子號(hào)”現(xiàn)有500公里軌道高度下，糾纏退相干現(xiàn)象將表現(xiàn)得比較微弱。潘建偉說(shuō)：“我們排除了‘事件形式’較強(qiáng)的理論模型，但還有其他版本的理論模型有待檢驗(yàn)?！?br/>　　這個(gè)試驗(yàn)只是開始，潘建偉說(shuō)：“經(jīng)過(guò)修正后的理論模型是否正確仍然懸而未決?！睘榱诉M(jìn)一步進(jìn)行確定性的驗(yàn)證，未來(lái)需要在更高軌道的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展研究。潘建偉介紹，團(tuán)隊(duì)將發(fā)射一顆新的衛(wèi)星，預(yù)計(jì)它的軌道將比“墨子號(hào)”高20到60倍，其中一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)就是能夠在理論預(yù)言更強(qiáng)的糾纏退相干范圍內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)。
　?。ㄔd于《光明日?qǐng)?bào)》 2019-09-22 04版）

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