量子力学突破　科学家远距传送“纠缠光子”　研难以骇入通讯系统

量子力学可说是当世上最难理解也最神秘的事情，爱因斯坦以相对论解释了牛顿力学解释不到的现象，但天才如他也未能解释所有量子力学现象，“量子纠缠”（Quantum Entanglement）是其中一个典型例子。不过，不能解释不等于不能使用，古人或许不知道火这种物理现象，却能够生火煮食；今天，中国科学家成功利用世上首部量子卫星“墨子号”，将“纠缠的”（entangled）光子分发到地球上两座相距约1200公里的接收站，为发展出可牢不可破的加密通信系统打开大门。在不久将来，人类很可能透过量子卫星，建立迅速而安全的互联网。

上周四（15日），中国科学技术大学潘建伟教授及其率领的团队发布一项重大研究成果，于去年发射到太空的量子科学实验卫星“墨子号”成功将纠缠的光子从太空发射到地球上相距1200公里的两座接收站，这大概相等于香港与上海之间距离。潘建伟指，这是创造出全球量子网络的第一步，也是重大的一步，以往所有方法最多只能将纠缠光子分发到相距100公里以内的接收站，即意味著只能应用在一个城市之内。该研究亦于周五（16日）在美国权威科学学术期刊《Science》刊登。

▋　连爱因斯坦都搞不懂的“量子纠缠”

在了解这项成果如何重大以及它如何有助发展出极为严密的网络通信系统之前，先简单说明什么是“量子纠缠”。量子纠缠（或称量子缠结），即是当两颗次原子粒子（比原子更小的粒子如电子、中子、光子等等）接近时可以彼此缠结，它们的特性会产生连带关系，即使将颗粒子分开，它们仍然有某种特殊的连结，当其中一颗粒子被测量的时候，必然瞬即影响另一颗粒子。

举例，电子与所有基本粒子都一样都有一种自旋的特性，在你未测量它之前，它的旋转方向都是模糊及不确定的，但当它一被观察，你就会知道它是向上旋还是向下旋；如果一粒电子与另一粒电子处于“纠缠”状态，当其中一粒电子被测出是向上旋，那么另一粒电子必然是向下旋，无论两粒电子相距多远，结果都会一样。

试想像有两个只有蓝色与红色的俄罗斯转盘，一个放在北极，另一个放在南极。当一个转盘的指针停在红色，那么另一个转盘必然是蓝色，听起来非常神奇，但这就是量子纠缠的现象，这现象最初由爱因斯坦发现，但他也以“鬼魅般的超距作用”此等不科学的描述加以形容。

▲ 有关量子纠缠的解说短片，2：40提到爱因斯坦所谓的“鬼魅般的超距作用”。

▋　黑客截取通信无所遁形

正如前述，光子与电子一样，都有这种纠缠的特性，现在科学家致力正是利用光子纠缠发展出一种新式的加密通信系统。中国的墨子号拥有精密的光学设备，可以将一双一双纠缠状态的光子发射到地球表面，分别由两座相隔1200公里的接收器接收。

这些光子讯号可成为通信内容，而当有黑客尝试截取或观察这些处于纠缠状态的光子，就会瞬即影响与它们各自连结的光子，系统马上就会发现黑客，因此，整个通信系统可谓无漏洞可言。另外，由卫星发出纠缠光子的好处是，太空处于真空状态，只有大气层中长约10公里的部分会影响光子，地面传输则会受到光纤及大气限制。

“这是人类首次拥有一个卫星与地面之间的量子通道，而你真的可以使用它。人们已经很多很多年来讨论它，但这些人（中国科学家）真的达成了。”加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo）量子计算研究所教授Norbert Lütkenhaus称。奥地利物理学家Anton Zeilinger亦表示︰“（是次测试）显示中国做了一个正确决定……我个人相信，未来的互联网将会建基于这些量子原理。”潘建伟指，未来5年内，他们将计划发射一些著重应用的量子卫星升空。

（综合报道）