研究人員通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)太空量子通信完全可行
日前，意大利帕多瓦大學(xué)的一組研究人員通過對(duì)4個(gè)在軌飛行衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了衛(wèi)星之間以及衛(wèi)星與地面站之間進(jìn)行量子通信是完全可能的。相關(guān)論文發(fā)表在著名的預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上，該研究為基于衛(wèi)星的廣域量子通信提供了廣闊的想象空間。
科學(xué)家們已經(jīng)找到了通過光纖進(jìn)行量子信息傳輸?shù)姆椒ǎ@得了成功。但由于光子在玻璃中的傳輸會(huì)發(fā)生一定程度的衰減，這種方法在傳輸距離上目前還比較有限。此外，也有科學(xué)家直接通過空氣進(jìn)行兩點(diǎn)之間的量子信息傳輸，但干擾等問題的存在，仍然極大地限制了量子通信的距離。目前量子態(tài)隱形傳輸z*遠(yuǎn)的記錄只有144公里。
太空量子通信更是難上加難。因?yàn)榱孔有盘?hào)在通過地球大氣層時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤率會(huì)遠(yuǎn)超過11%的閾值，而超出了這個(gè)極限，量子密碼就無法正常工作。因此，不少科學(xué)家都認(rèn)為地球與太空之間的量子通信是不可行的。
物理學(xué)家組織網(wǎng)7月1日的報(bào)道稱，新研究中，意大利的研究小組試圖改變這一成見。該小組發(fā)現(xiàn)了一種利用現(xiàn)有衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)量子通信實(shí)驗(yàn)的方法，并精心挑選出了4個(gè)在軌運(yùn)行的衛(wèi)星，它們都具有能夠反射光子的金屬立體角反射鏡。研究人員認(rèn)為，借助這些衛(wèi)星保留光子的極化，將能夠讓太空量子通信成為可能。為了對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們還選擇了另一個(gè)沒有立體角反射鏡的衛(wèi)星。
當(dāng)衛(wèi)星過頂時(shí)，研究人員在意大利的馬特拉激光測距觀測站向所有的衛(wèi)星都發(fā)出了光子信號(hào)，并測定衛(wèi)星何時(shí)能將數(shù)據(jù)返回。研究人員發(fā)現(xiàn)正如預(yù)期的那樣，沒有立體角反射鏡的對(duì)照衛(wèi)星出現(xiàn)了高達(dá)50%左右的錯(cuò)誤率，而另外4個(gè)具有立體角反射鏡的衛(wèi)星，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率全部都低于11%的閾值。這表明，這些衛(wèi)星能夠產(chǎn)生連貫的光子信號(hào)，并與地面站之間進(jìn)行完全安全的量子通信（利用量子密鑰分配）。
研究人員稱，中國計(jì)劃在2016年將q*s*顆“量子通訊衛(wèi)星”送入軌道，還有其他國家也有類似的計(jì)劃，并正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，量子通信領(lǐng)域的更多進(jìn)展將在未來幾年集中顯現(xiàn)。
科學(xué)家們已經(jīng)找到了通過光纖進(jìn)行量子信息傳輸?shù)姆椒ǎ@得了成功。但由于光子在玻璃中的傳輸會(huì)發(fā)生一定程度的衰減，這種方法在傳輸距離上目前還比較有限。此外，也有科學(xué)家直接通過空氣進(jìn)行兩點(diǎn)之間的量子信息傳輸，但干擾等問題的存在，仍然極大地限制了量子通信的距離。目前量子態(tài)隱形傳輸z*遠(yuǎn)的記錄只有144公里。
太空量子傳輸示意圖
太空量子通信更是難上加難。因?yàn)榱孔有盘?hào)在通過地球大氣層時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤率會(huì)遠(yuǎn)超過11%的閾值，而超出了這個(gè)極限，量子密碼就無法正常工作。因此，不少科學(xué)家都認(rèn)為地球與太空之間的量子通信是不可行的。
物理學(xué)家組織網(wǎng)7月1日的報(bào)道稱，新研究中，意大利的研究小組試圖改變這一成見。該小組發(fā)現(xiàn)了一種利用現(xiàn)有衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)量子通信實(shí)驗(yàn)的方法，并精心挑選出了4個(gè)在軌運(yùn)行的衛(wèi)星，它們都具有能夠反射光子的金屬立體角反射鏡。研究人員認(rèn)為，借助這些衛(wèi)星保留光子的極化，將能夠讓太空量子通信成為可能。為了對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們還選擇了另一個(gè)沒有立體角反射鏡的衛(wèi)星。
當(dāng)衛(wèi)星過頂時(shí)，研究人員在意大利的馬特拉激光測距觀測站向所有的衛(wèi)星都發(fā)出了光子信號(hào)，并測定衛(wèi)星何時(shí)能將數(shù)據(jù)返回。研究人員發(fā)現(xiàn)正如預(yù)期的那樣，沒有立體角反射鏡的對(duì)照衛(wèi)星出現(xiàn)了高達(dá)50%左右的錯(cuò)誤率，而另外4個(gè)具有立體角反射鏡的衛(wèi)星，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率全部都低于11%的閾值。這表明，這些衛(wèi)星能夠產(chǎn)生連貫的光子信號(hào)，并與地面站之間進(jìn)行完全安全的量子通信（利用量子密鑰分配）。
研究人員稱，中國計(jì)劃在2016年將q*s*顆“量子通訊衛(wèi)星”送入軌道，還有其他國家也有類似的計(jì)劃，并正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，量子通信領(lǐng)域的更多進(jìn)展將在未來幾年集中顯現(xiàn)。
