“墨子号”量子科学实验卫星成果荣获克利夫兰奖
日期 2019-02-28  来源:数理科学部  作者:倪培根 董国轩


  2019年1月31日,美国科学促进会(AAAS)宣布,中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖(Newcomb Cleveland Prize),以表彰该团队通过实现千公里级星地双向量子纠缠分发推动大尺度量子通信实验研究做出的卓越贡献。该奖项于2月14日在华盛顿举行的美国科学促进会年会上正式颁发。

  该研究团队得到了国家自然科学基金,包括创新研究群体项目(批准号:11221403、11521063、11821002)等多项基金项目的资助,特别是“国家自然科学基金委员会-中国科学院空间科学卫星科学研究联合基金”的资助,对我国占领该战略制高点以及原创性成果的取得起到了重要的推动作用。

  量子通信是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式,是最先可能走向实用化的量子信息技术。量子通信通常采用单光子作为物理载体,最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。但是,这两种信道的损耗都随着距离的增加而指数增加。由于量子不可克隆原理,单光子量子信息不能像经典通信那样被放大,这使得之前量子通信的世界纪录为百公里量级。如何实现安全、长距离、可实用化的量子通信是该领域的最大挑战和国际学术界几十年来奋斗的共同目标;另一方面,量子纠缠被爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”在更远的距离上是否仍然存在?会不会受到引力等其它因素的影响?这些基本物理问题的验证也都需要实现上千公里甚至更远距离的纠缠分发。利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点,通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离,该方向自本世纪初已成为了国际学术界激烈角逐的焦点。

  中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队,联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、国家空间科学中心等,利用“墨子号”量子卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发,并在此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验,在空间量子物理研究方面取得重大突破,相关成果以封面论文的形式发表在《科学》杂志上。“墨子号”量子卫星在国际上首次实现从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态两项成果,并以封面标题论文的形式在线发表在《自然》杂志上。“墨子号”量子卫星圆满实现了三大既定科学目标,为构建全球化量子通信网络提供了可靠的技术支撑,为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

  克利夫兰奖设立于1923年,是美国科学促进会历史最为悠久的奖项。该奖项每年评选一次,从前一年的6月份至次年的5月份发表在《科学》杂志上的数百篇重要研究论文中,选出一项最具学术价值和影响力的成果授予该奖。过去20余年里,在量子物理与光学领域,共有包括实现玻色-爱因斯坦凝聚(1995年)、发现半导体中的自旋霍尔效应(2005年)、首次发现马约拉纳费米子的迹象(2012年)、实现超分辨率荧光显微镜(2015年)等多项具有重要影响力的研究成果入选。这是美国科学促进会设立克利夫兰奖九十余年来,中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。

 

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