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2016年8月16日1时40分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星(简称“量子卫星”)发射升空。我国空间科学研究又迈出重要一步。
这颗卫星被起名为“墨子”,以纪念那位生活于2000多年前,崇尚科学的中国古代思想家。他是世界上第一位开展光学实验的科学家。
量子究竟是什么?
量子是构成物质的基本单元,是能量的最基本携带者,不可再分割。比如,光子是光能量的最小单元,不存在“半个光子”,同理,也不存在“半个氢原子”“半个水分子”等等。量子世界中有两个基本原理:
——量子叠加,就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。
——量子纠缠,类似孙悟空和他的分身,二者无论距离多远都“心有灵犀”。当两个微观粒子处于纠缠态,不论分离多远,对其中一个粒子的量子态做任何改变,另一个会立刻感受到,并做相应改变。
“墨子”到底能干嘛?
卫星将在两年的设计寿命中完成四大任务:
——星地高速量子密钥分发实验;
——广域量子通信网络实验;
——卫星向相距1200公里的地面站分发纠缠的光子,在更宏大的尺度上测试被爱因斯坦称为“诡异的”量子纠缠现象;
——还计划在“世界屋脊”西藏阿里和卫星之间实现量子隐形传态实验。
研究最诡异的幽灵现象
除了在建立量子通信网络方面的巨大应用价值,这颗世界上首个专门用于量子研究的空间探测器将为理解量子物理的一个最深远和最令人费解的现象——量子纠缠迈出重要一步,将为物理学家提供一个测试量子理论基础以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论的全新平台。
量子物理世界一个奇异现象是纠缠效应,量子纠缠可以把两个或者更多粒子的命运关联在一起。
在这一奇特关联中的粒子“心心相印”,无论它们是在同一间实验室还是相隔整个星系,当测量其中一个状态时,另一个状态也会即刻发生相应改变。
形象点比喻,这就如同两张相距甚远的纸张,人们在其中一张纸上书写的时候,另一张纸上会立刻显现所书写的信息。
爱因斯坦将其称为“遥远地点之间诡异互动”。但是为什么会有这种现象?这依然是一个深奥的谜。