研究人員希望在下個十年的中期之前向國際空間站 (ISS) 傳送一項實驗,這將為跨洲傳輸使用神秘的量子屬性秘密訊息鋪平道路,這種量子屬性被稱為量子糾纏。
當兩個粒子(例如光子)從同一事件中誕生時,它們會呈現糾纏態,這意味著無論它們相距多遠,它們都可以瞬間通訊。可靠地傳輸糾纏光子對是所謂量子金鑰分發的支柱——將這些光子對轉換為潛在牢不可破的程式碼的程式。 量子密碼術(眾所周知)可能會吸引銀行、秘密政府機構和軍方,並在2007 年瑞士選舉中進行了測試。
光子在今天的光纖電纜中可能傳播大約 100 英里(160 公里)左右,之後它們的量子特性就會瓦解。這個限制在地表之上消失了。去年,由維也納大學物理學家 安東·塞林格 領導的團隊在西班牙加那利群島的一對望遠鏡之間傳輸了最遠 89.5 英里(144 公里)的量子金鑰。
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現在,塞林格和他的同事們希望將距離擴大到數百英里甚至更遠。維也納小組正在牽頭一個名為 Space-QUEST(空間實驗量子糾纏)的國際專案,以證明用於生成糾纏光子對的系統可以符合國際空間站施加的約束。
從軌道上分發的量子金鑰可以傳輸到空間站視線範圍內的任何兩個點,唯一的限制是發射器和接收器保持彼此緊密鎖定以及區分糾纏光子與背景光的能力。 今年早些時候,塞林格和他的同事們表明,他們可以探測到從地球上方 3,700 英里(5,955 公里)的義大利衛星反射回來的單光子。
該實驗的工具將是一臺紫外雷射器、一種特殊型別的晶體(用於將紫外光子分裂成紅外光子對)以及用於在嚴酷的太空飛行中保持兩個元件對準的裝置。 為了進入太空,包括髮射光子的望遠鏡在內的儀器必須重量小於約 220 磅(100 公斤),功耗不超過 250 瓦,最長邊不大於 4.6 英尺(1.4 米)。
由 10 個國家組成的 Space-QUEST 小組希望在歐洲航天局 (ESA) 的 11 月會議之前構建一個原型裝置並收集初步資料,屆時官員將決定哪些專案將獲得資金並值得在太空飛行機會,塞林格實驗室的博士後研究員魯珀特·烏爾辛說。
烏爾辛說,該團隊的提案在包括歐空局在內的歐洲資助機構的初步評估中得分很高。 他說:“我們可以在相對較小的預算(數億歐元)內完成大量的物理實驗。”
除了潛在的實際應用外,Space-QUEST 專案還將使研究人員有機會以新的方式探測糾纏的範圍。 烏爾辛說,理論認為糾纏的範圍應該是無限的,但要確定這一點,“我們必須對其進行測試。”