一颗中国卫星分裂成对的“纠缠光子”,并将它

日期:2018-09-18


    

在量子物理学中,当粒子以某种方式相互作用时,它们就会变得“纠结”。这实际上意味着即使在相隔很远的距离时它们仍然保持连接,因此对一个动作执行的动作会影响另一个。

在今天(6月15日)在线发表在“科学 ” 杂志上的一项新研究中,研究人员报告了纠缠光子对成功分布到地球上两个相隔747.5英里(1,203公里)的位置。[ 物理学中最重要的18个未解之谜 ]科学家们说,量子纠缠在测试物理学的基本定律方面具有有趣的应用,但也有助于创建特别安全的通信系统。那是因为量子力学指出,测量量子系统不可避免地会扰乱量子系统,所以任何窃听的企图都是不可能隐藏的。

但是,很难在很远的距离上分布纠缠粒子 - 通常是光子。当通过空气或光纤电缆行进时,环境会干扰颗粒,因此距离越远,信号就会衰减并变得太弱而无法使用。

2003年,中国科学技术大学量子物理学教授潘建伟开始研究基于卫星的系统,该系统旨在将纠缠光子对发射到地面站。这个想法是因为粒子的大部分旅程都是通过空间的真空,这个系统会引入相当少腾讯分分彩信誉好平台的环境干扰。

“许多人认为这是一个疯狂的想法,因为在一个屏蔽良好的光学平台内进行复杂的量子光学实验非常具有腾讯分分彩信誉好平台挑战性,”潘告诉Live Science。“那你怎么能在千公里的距离范围内进行类似的实验,并且光学元件以每秒8公里的速度振动和移动[每秒5英里]?”

在这项新的研究中,研究人员使用去年发射的中国的Micius卫星来传输纠缠的光子对。该卫星采用超亮纠缠光子源和高精度采集,指向和跟踪(APT)系统,该系统使用卫星和三个地面站的信标激光器对发射器和接收器进行排列。

一旦光子到达地面站,科学家们进行了测试,并确认尽管已经行进了994英里到1,490英里(1,600和2,400公里),但这些粒子仍然缠绕在一起,这取决于卫星定位在轨道的哪个阶段。

科学家表示,只有最低6腾讯分分彩信誉好平台英里(10公里)的地球大气层足够厚,才能对光子造成严重干扰。据科学家称,这意味着它们的连接的整体效率远远高于之前通过光纤电缆分配纠缠光子的方法。[ 扭曲的物理学:7个令人振奋的发现 ]

“我们已经实现了双光子纠缠分配效率,比使用最好的通信光纤高出了万亿倍,”潘说。“没有卫星,我们做了一件绝对不可能的事。”

除了进行实验之外,这种系统的潜在用途之一是用于“量子密钥分发”,其中量子通信系统用于在双方之间共享加密密钥,这在不警告用户的情况下是不可能拦截的。专家们表示,当与正确的加密算法结合使用时,即使通过正常的通信信道发送加密消息,该系统也是不可破解的。

英国牛津大学量子物理学教授阿图尔·埃克特(Artur Ekert)是第一个描述纠缠光子如何用于传输加密密钥的人。

“中国的实验是一项非凡的技术成就,”Ekert告诉Live Science。“当我1991年在牛津大学读书时提出基于纠缠的量子密钥分发时,我腾讯分分彩信誉好平台没想到它会被提升到这样的高度!”

潘说,目前的卫星尚未准备好用于实际的量子通信系统。首先,它相对较低的腾讯分分彩信誉好平台轨道意味着每个地面站每天只有大约5分钟的覆盖范围,所使用的光子波长意味着它只能在夜间运行,他说。

潘说,提高覆腾讯分分彩信誉好平台盖时间和面积将意味着发射更高轨道的新卫星,但这将需要更大的望远镜,更精确腾讯分分彩信誉好平台的跟踪和更高的链路效率。他补充说,日间操作需要使用电信波长的光子。

但是,在开发未来量子通信网络需要大量工作的同时,加拿大滑铁卢大学量子计算研究所的副教授托马斯·詹纳威说,潘的小组已经证明了其中一个关键的构建模块。

“自2000年以来,我一直致力于这一系列的研究,并研究了太空中量子纠缠实验的类似实现,因此我可以证明这个中国团体所表现出的大胆,奉献精神和技巧,”他告诉Live Science 。

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