(2017-06-21)中國科學技術大學潘建偉教授日前宣布利用中國的「墨子」號衛星,成功的對地面發送了兩地相距一千公里的雙向量子糾纏,震驚全球科學界,認為是量子技術的一大突破。

上週五6月16日,國際學術期刊「科學」(Sciecne) 刊載了一篇重要論文,是中國科學技術大學潘建偉教授宣布日前利用中國的「墨子」(Micius) 號衛星,成功的對地面發送了兩地相距一千公里的雙向量子糾纏,震驚全球科學界,認為是量子技術的一大突破,為量子科學的研究與實際應用建立了基礎,「科學」雜誌特用這一成就做封面(如圖、取自網路)

 

量子 (Quantum) 在現代物理學上,指最小的物理單位,像質量比原子還小的電子、中子,能量的光子。這些小粒子的特性,非但與我們生活上所見完全不同,而且還有許多奇特的現象,量子糾纏(Quantum Entanglement)就是一個最有趣又無法解釋的效應,如果把兩個粒子製作成對「糾纏」在一起,啟動其中一個、就會連動另一個,有如雙胞胎的「心靈感應」,有趣的是,兩個雙胞胎不一定糾纏在一起,即使分開一段遠的距離,心靈感應效應依然存在。

更有趣的,是心靈感應的速度、是沒有速度的,也就是瞬間,超過光速。這個違反常理的現象,曾被愛因斯坦譏諷為「幽靈般的遠程效應」,因為在空間中超越光速的信息傳遞顯然違反了相對論。然而科學家近年來的多個實驗,證實了這一違反直覺的現象。潘建偉教授利用衛星,更證實了相隔 1200 公里的量子糾纏的心靈感應,以前最遠的只有 100 公里。

墨子衛星是中國發射有量子設備的衛星,潘教授團隊運用量子設備製造配對的糾纏光子 (Photon),再把配對分開,分別用衛星的雷射光發送到地面兩個實驗站,一個光子傳到青海德令哈、另一個光子傳到雲南麗江,兩地相距 1200公里,經過數千次的檢驗,兩地糾纏效應仍然有效,刷新了遠距量子糾纏的紀錄。

光子,是光的量子,是光的最小單位,是能量、沒有質量,可以藉光線傳輸,但光在地面傳輸會受到干擾,用遠距離光纖傳送能量會減弱,因此潘教授轉向高空的衛星。墨子衛星運轉在距地面 500 公里軌道,光線在真空的太空通行無阻,直到距地面 10 公里才受到影響,所以從衛星傳到地面所受的干擾最小,適合這樣精密的實驗。

量子糾纏的神奇,在兩地相隔千里,啟動一邊、另一邊就跟著動,中間沒有連線、沒有電波,這是一種什麼機制,到目前為止,物理學家還不太明白,但在應用上卻給大家帶來希望,尤其用在通訊上,可以做到絕對安全,試想兩地分別用糾纏光子作為鎖鑰加密,外人則無從盜竊,解決了網路通訊的一大難題,而進一步成為量子互聯網 (Quantum Internet)。

順便說一件趣事,縱橫 60 多年的科幻影視「星際迷航記」(Star Trek),一艘太空船漫遊宇宙探險,遇到星球需要有人下去探險,這些人先在一間屋子裡接受掃描,人形逐漸分解消失後,然後在星球地面上重現。這一科幻場面吸引很多人,都想有什麼辦法真的實現,有人就想到量子糾纏。

量子糾纏僅是改變狀態,並不是真的傳送能量與質量,如果兩地有足夠的糾纏量子,改變一方會影響對方,影視裡的場景有一丁點實現的希望。但先要把人體分解成次原子微粒,難度太高了,而且危險,所以還是維持科幻的娛樂來的輕鬆。


(「星際迷航記」把人從太空船隔空傳送到附近的星球。取自網路 )

愛因斯坦問:是不是我們看月亮的時候,月亮才存在?換句話說,如果沒有人看,月亮就會不在那裡?這位大物理學家說的話怎麼像一個小孩子?有人說這是現實與量子物理的區別。太深奧了,物理學家對物質的研究越來越深,出現一些違反常理的詭異現象,越來越難捉摸。

圖片連結:
刊頭:美國西海岸太平洋風景
Sciecne 雜誌封面: Quantum Reach
「星際迷航記」把人從太空船隔空傳送到附近的星球 

*本文取材自2017年6月20日「那福忠西海岸數位隨筆(14):「中國遠距量子糾纏技術領先全球」                        
對本文有任何看法,歡迎 eMail:frank.na@gmail.com 給作者,分享您對本文的看法。