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量子纠缠在轨道立方体卫星上的演示

发布:guangxuedaren    |    2020-07-07 23:54    阅读:845
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据悉,在建立全球量子通信网络的关键一步中,研究人员在一颗围绕地球运行、重量不到2.6公斤的立方体卫星上生成并探测到了量子纠缠。
       来自新加坡国立大学量子技术中心的研究人员表示,在未来他们的系统可能成为全球量子网络的一部分,实现将量子信号传输到地球或其他航天器的接收器上,这些信号可以用于实现任何类型的量子通信应用,从极其安全的数据传输的量子密钥分发到量子隐形传态,即通过远距离复制量子系统的状态来传输信息。 在光学学会(OSA)高影响研究期刊《Optica》上,新加坡国立大学的研究人员和一个国际研究小组证明,他们的小型量子纠缠源可以在一颗比鞋盒还小的低资源、低成本的立方体卫星上成功运行。立方体卫星是一种标准类型的纳米卫星,由10 cm×10 cm×10 cm立方单位的倍数构成。研究人员希望他们的工作能激发下一波天基量子技术任务,希望新的应用和技术能从其中受益。
       被称为量子纠缠的量子力学现象在许多量子通信应用中是必不可少的。然而,用光纤创建一个纠缠分布的全球网络是不可能的,因为光损失发生在长距离。给太空中的小型标准化卫星配备量子仪器是一种以成本效益的方式应对这一挑战的方法。
       第一步,研究人员需要证明一个用于量子纠缠的小型光子源能够在发射过程中保持完整,并且能够在提供最小能量的卫星内的恶劣空间环境中成功运行。为了做到这一点,他们详尽地检查了用来产生量子纠缠的光子对源的每一个成分,看看是否可以把它做得更小或更坚固。  
       研究人员们在开发的每一个阶段都积极地关注质量、尺寸和功率,他们通过快速原型设计和测试,对纠缠光子对源所需的所有现成组件进行了迭代设计,最终得到了一个健壮、小巧的组件包。这种新型的小型光子对光源由一个蓝色激光二极管组成,它照射在非线性晶体上产生光子对。要实现高质量的缠结,需要完全重新设计支架,使非线性晶体具有高精度和稳定性。
       研究人员通过测试新仪器在火箭发射和太空操作中承受振动和热变化的能力,使其在太空中合格。在整个测试过程中,光子对源保持了非常高质量的纠缠,即使在从-10℃到40℃的反复温度循环之后,晶体排列仍然保持不变。
       2019年6月17日,一颗立方体卫星SpooQy-1”从国际空间站发射进入轨道。该仪器成功地在16℃至21.5℃的温度下生成了纠缠光子对。“这个演示表明,微型化的纠缠技术可以在耗电量小的情况下很好地工作,”研究人员表示。“这是朝着经济的部署卫星为全球量子网络服务的重要一步。”该项目由新加坡国家研究基金会资助。
        研究人员们目前正与英国RALSpace公司合作,设计并建造一个类似于SpooQy-1的量子纳米卫星,该卫星具有将纠缠光子从太空发射到地面接收器的能力。这将在2022年的任务中进行演示。他们还与其他团队合作,以提高立方体卫星支持量子网络的能力。

图:研究人员开发了一种只有20×10厘米的小型量子纠缠源。

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