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印娟:与量子“纠缠”的女科学家

2022-08-04 科技日报 王春
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  2016年8月18日凌晨,青海小城德令哈观测站,小雨初歇。

  印娟透过望远镜,在重重叠叠的云缝里捕捉到一点亮光。那正是我国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。“当时‘墨子号’离开地面将近48小时了,我们第一时间就将地面的信标光覆盖到它,为它点亮灯塔,打通建立天地链路的第一步。”在2022年夏天回忆起当时的情形,这位“墨子号”的量子纠缠源载荷主任设计师仍然难抑激动。

  2002年大二暑假,印娟进入潘建伟教授的量子实验室,她是第六个来到这个实验室的学生,也是第一个女生。别看她当时在实验室年龄最小,正是她调出了实验室多光子平台第一个干涉曲线。印娟就这样成了“潘之队”的关键一棒。

  被量子纠缠迷住的印娟从此投身量子通信领域。一晃二十载,从本科、硕士、博士、博士后、副研究员到特任教授,人生最好的年华中,她与“墨子号”卫星和地面站“深情对望”,执着守护。

  所谓“量子纠缠”,就像双胞胎之间的心灵感应一样,处于纠缠的两个粒子之间不论相隔多远,当其中一个粒子的状态发生变化,另一个粒子也会即刻发生相应的状态变化。量子纠缠的这种诡异的特性正是量子密码、量子态隐形传输和量子计算机的核心资源。“潘老师最早想到在卫星上实现量子通信,当时很多人都觉得是天方夜谭。”印娟说。

  2005年,第一次随团队在合肥的大蜀山实现13公里自由空间双向量子纠缠分发,证实远距离自由空间量子通信的可行性;2008年,在上海佘山,借助天文台和卫星之间的光信号星地传输,证明单光子级别光源也能被地面接收,为星地一体量子通信网络提供实验支撑。

  地处高原、海拔达3200米以上的青海湖,为量子卫星的各种技术验证提供了绝佳的环境。2009年,印娟作为第一批“开荒者”,与同事们一起搭建帐篷,凭着一股子不服输的劲头,苦蹲三年,在基地开展了一系列远距离量子通信实验研究,在青海湖实现了首个超过100公里的量子纠缠分发实验和量子隐形传态实验。这也是印娟首次作为第一作者,工作成果发表在《自然》上。几位审稿人高度评价该成果为“一个英雄的实验工作”“有望成为远距离量子通信的里程碑”。

  由于量子纠缠非常脆弱,而且会随着光纤内或者地表大气中的传输距离而衰减,以往的量子分发实验只停留在百公里的距离。此前,中国量子通信技术与世界其他国家基本持平,而量子卫星科学实验让中国的量子通信技术一下子处于领跑地位。

  2011年底,中科院空间科学在线电子游戏网址将“量子科学实验卫星”正式立项,这标志着原本属于基础研究的自由空间量子通信进入了追求高可靠零失误的航天工程领域。博士后出站、刚30岁的印娟被任命为量子纠缠源载荷主任设计师,与航天系统一起沟通协作。印娟全部精力投入到“零失误”正样飞行件产品生产中,她和团队成员形容这个过程为“打怪兽”,把能想象到的极端环境都模拟出来,一次次在样机上发起挑战。

  2016年8月16日,“墨子号”卫星在酒泉卫星发射中心发射升空,它在万众瞩目中一飞冲天,从茫茫戈壁进入卫星轨道。那一刻,现场大屏幕上正讲述着她们和“墨子号”的故事。

  量子卫星科学实验取得的重大突破在于发现量子纠缠特性在1200公里的尺度上仍然存在。2017年6月16日,《科学》杂志率先向全球发表了“墨子号”实验的三大任务之一——千公里级量子纠缠分发的最新研究成果。这也让印娟成为团队里第一个同时拥有《自然》和《科学》第一作者身份的科学家。

  从大蜀山的13公里、百公里再到天地间上千公里,印娟和团队所有人一起,走得充满艰辛却步履坚定。而通过十几年的努力,我国在地面光纤和卫星量子通信领域都确立了国际领先的地位。

  印娟说,自己和“墨子号”是相互选择、相互成就,“正是由于在每个细节上做到最好,这颗卫星才没有辜负国家的重托和公众的期待”。

  (原载于《科技日报》 2022-08-04 01版)

打印 责任编辑:侯茜
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