6月16日的《科学》杂志封面再次被中国科学家的研究成果占领了：中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等，联合中科院上海技术物理研究所王建宇组、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，通过中国的量子卫星“墨子号”实现了千公里级的量子纠缠分发实验，并在这样的尺度上验证了量子力学的正确性。
“墨子号”于2016年8月发射升空，是世界上第一颗量子科学实验卫星。为什么要做这样的实验？量子力学的正确性是如何被验证的？这样的结果有什么意义吗？这就要从人类的一个梦想——量子通信讲起了。
量子通信有两种方式：量子密钥分发和量子隐形传态。前者利用量子的偏振特性作为密钥来对信息进行加密，而后者利用量子纠缠的特性直接传输量子比特。下面我们来谈谈量子纠缠吧！
量子力学中最神秘的就是叠加态，而“量子纠缠”正是多粒子的一种叠加态。以双粒子为例，一个粒子A可以处于某个物理量的叠加态，能够用一个量子比特来表示，同时另一个粒子B也可以处于叠加态。当两个粒子发生纠缠，就会形成一个双粒子的叠加态，也就是纠缠态。例如，有一种纠缠态就是，无论两个粒子相隔多远，只要没有外界干扰，当A粒子处于0态时，B粒子一定处于1态；反之，当A粒子处于1态时，B粒子一定处于0态。
如果用薛定谔的猫做比喻，即A和B两只猫如果形成上面的纠缠态：那么无论两只猫相距多远，即便在宇宙的两端，当A猫是“死”的时候，B猫必然是“活”；当A猫是“活”的时候，B猫一定是“死”。这种跨越空间瞬间影响双方的量子纠缠，曾经被爱因斯坦称为“鬼魅的超距作用”，并以此来质疑量子力学的完备性，因为这个超距作用违反了他提出的“定域性”原理。
后来物理学家们在爱因斯坦的定域性原理基础上，提出了“隐变量理论”来解释这种超距相互作用。不久物理学家贝尔提出了一个不等式，可以来判定量子力学和隐变量理论谁正确。但是，随后的实验结果都违反了贝尔不等式，证实了量子力学才是对的，爱因斯坦的定域性原理必须被舍弃。
2015年，荷兰物理学家做的最新无漏洞贝尔不等式测量实验，基本宣告了定域性原理的死刑。
因为这神奇的量子纠缠是非局域的，两个纠缠的粒子无论相距多远，测量其中一个粒子的状态，必然能同时获得到另一个粒子的状态，而这个“信息”的获取又不受光速限制，物理学家自然想到，能否利用这种跨越空间的纠缠态进行信息传输？于是，基于量子纠缠态的量子通信应运而生，这种试图通过跨越空间的量子纠缠来实现对量子比特的传输的通信方式，被称为“量子隐形传态”。
“墨子号”的实验证明了什么？
在此之前，已经有很多实验证明了量子力学的纠缠态，这些实验中实现量子纠缠的距离能达到上百千米的级别。但在长距离大范围条件下进行上千千米量级的量子纠缠态观测，在空间尺度上通过实验来检验量子力学本身的完备性，还从来没有被实现过。而这，正是“墨子号”量子科学实验卫星肩负的一个重要科学目标。
科学家们在“墨子号”卫星上装备了量子纠缠光源，这些光源能够制造出成对纠缠的光子，之后再由发送设备将这些成对的光子被发送向相距约1200千米、分别位于德令哈和丽江的两个地面站。量子纠缠的测量和验证实验就是在这两个地面站完成的。实验的最终结果表明，即使是在千公里级别的距离上，量子力学仍是正确的。
除了量子纠缠分发实验，“墨子号”还将完成包括高速星地量子密钥分发和地星量子隐形传态的其他实验。在不久的将来，我们将看到更多的实验成果，我们离全球化量子通信网络的实现更进一步了。