研究人员在SpooQy-1小卫星上演示了光量子纠缠

2019 年 6 月,研究人员通过国际空间站部署了 SpooQy-1卫星,然后成功地进行了光量子纠缠的演示实验。量子纠缠具有独特的性质,即便一对处于纠缠态的量子相隔甚远,在其中一个粒子的状态发生了改变之后,另一个粒子也会发生相应的状态改变。基于此,研究人员有望开发出适用于远距离即时通信的安全量子互联网。

研究人员在SpooQy-1小卫星上演示了光量子纠缠

从国际空间站部署到轨道的 SpooQy-1 小卫星(来自:NASA)

物理学界的共识是没有什么比光的传播更快,爱因斯坦更是将量子纠缠称作“远距离的怪异动作”。

尽管有悖于常理,但数十年来的实验已经可靠地观察到了量子纠缠。现在,新加坡国立大学的研究人员进一步观察并描绘了这种机制。

在这项新研究中,SpooQy-1 团队开发了一套微型设备,能够形成具有紧密联系的成对光子。

研究人员在SpooQy-1小卫星上演示了光量子纠缠

(图自:新加坡国立大学量子技术中心)

SpooQy-1 携带的装置,可通将蓝色激光二极管照射到非线性晶体上,以产生成对的纠缠态光子。

尽管中国研究团队早就在墨子号(Micius)量子卫星上开展过验证类似的验证,但 SpooQy-1 卫星的体型更迷你一些。

毕竟墨子号是一颗全尺寸的卫星,重达 600 公斤(1323 磅)。而 SpooQy-1 属于 CubeSat,重量不到 2.6 公斤(5.7 磅),边长仅 20×10 厘米(7.9×3.9 英寸)。

研究人员在SpooQy-1小卫星上演示了光量子纠缠

墨子号出色地证明了通过卫星开展量子通信的可信性,甚至可在数千公里内传输纠缠的光子,打破了量子隐形传态的距离记录。

不过在理想情况下,想要建立一个真正的全球量子互联网络,还是需要将量子通讯卫星造得小巧、节能、低成本,以及能够承受太空环境中的极端情况。

好消息,SpooQy-1 正好可以在这些方面发挥自身的特长。即便在 -10℃ 至 40℃(14°F 至 104°F)的温度范围内波动,该卫星仍可继续产生纠缠的光子对。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《光学学会》(OSA Optica)期刊上,原标题为《Quantum Entanglement Demonstrated Aboard Orbiting CubeSat》。

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