2016年8月16日,由中国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子”号成功发射入轨,瞄准量子研究领域最前沿的三大科学目标进行攻关。在不到一年时间里,量子卫星项目取得重大突破,提前圆满实现全部预定目标。
近日,在中国科学院新闻发布会上,量子卫星首席科学家潘建伟介绍,继今年6月实现千公里级量子纠缠分发后,我国又在国际上首次成功实现了卫星与地面之间的量子密钥分发和量子隐形传态,这标志着“墨子”号量子卫星预先设定的三大科学目标全部实现。
目前,量子技术已经在探测、通信、计算等领域初显身手,它同样可以广泛应用于军事领域,并有可能引起战争基因的重大突变,通过技术重组或与其他技术融合,对现代战争形态和制胜机理产生深远影响。
特性神奇
量子技术是当前世界上最具颠覆性的前沿技术之一,已经成为世界主要国家进行高新技术竞争的重要领域。
量子是现代物理的重要概念,最早由德国物理学家普朗克在1900年提出。通俗地讲,量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。就构成物质的最小单元而言,分子、原子、光子等微观粒子都是量子的表现形态。量子具有很多神奇而迷人的特性,如叠加和纠缠等,至今仍是有待被攻关破解的科学难题,但这些神奇的特性已经催生了量子探测、量子通信、量子计算等技术应用领域。
我们知道,宏观世界遵从经典物理学定律,粒子的运动状态、轨迹、位置是确定的。而量子世界遵从量子物理定律,粒子的运动状态、轨迹、位置是概率性的,具有叠加态。量子叠加是指量子不仅可以同时处于不同的状态,还可以处于这些状态的叠加态,即在同一时刻能够同时具有多种状态。
量子叠加特性可以用一个形象的比喻来描述。假设一辆汽车正在向前行驶,而路中间恰好有一块石头,汽车要么从石头左边驶过,要么从石头右边驶过。如果同时架设多部摄像机记录汽车驶过石头的这个瞬间过程,事后检查录像时就会发现,有的摄像机显示车从石头左边经过,有的摄像机显示车从石头右边经过。这在宏观世界简直不可思议,但这就是量子在微观世界中具有的叠加态,即在同一时刻能够同时具有多种状态。
此外,历史上最怪异、最疯狂、最神奇的量子力学预测便是量子纠缠。量子纠缠是指相互独立的粒子可以完全“纠缠”在一起,对其中一个粒子进行观测可以即时影响到其他粒子,无论它们之间距离有多远。就算这两个粒子分别处于宇宙的两端,它们同样可以保持这种“默契”——假如量子甲随机选择左,那么量子乙一定会选择右。任何所谓的“心灵感应”,都比不上量子纠缠来得深刻。