量子技術又「上天」：新加坡用2.6公斤立方星演示量子糾纏

原標題：量子技術又「上天」：新加坡用2.6公斤立方星演示量子糾纏

一波量子技術「上天」的熱潮仍在持續。就在中國科學家宣布用「墨子號」衛星實現基於量子糾纏的量子密鑰分發后10天，一個新加坡團隊報告在立方星上實現了量子糾纏。

雖然只是做到了量子糾纏這第一步，還沒有產生量子密碼，但這種小體積、低成本的設備具有吸引力。

要知道，「墨子號」高度1.7米，重約640公斤。而這顆立方星不到2.6公斤，比鞋盒還小。

相關論文發表在6月25日的國際光學權威期刊《Optica》上。主導該項研究的新加坡國立大學量子技術中心的艾托爾·維拉爾（Aitor Villar）表示：「未來，我們的系統可能會成為全球量子網路的一部分，將量子信號傳輸給地球或其他航天器。」

他說道：「全球天基量子網路實現的步伐正在加快，我們希望我們的工作可以激發下一波天基量子技術任務。」

讓光糾纏起來

量子糾纏被愛因斯坦稱為「鬼魅般的遠距作用」。處於糾纏態的兩個量子（譬如光子）不論相距多遠都存在一種關聯，如果人們對其中一個量子進行操作，使其狀態發生改變，另一個的狀態也會瞬時發生相應改變。

那麼，如何讓光子糾纏起來？科學家們通常使用的方法是把光源發射的光打到特殊的晶體材料上，產生一對一對糾纏光子。

為了把這樣一個產生裝置放到空間、能源都有限的立方星上，又要經受發射過程，新加坡團隊需要把每一部分都做得更小的同時，還要更堅固。他們也對晶體的校準支架進行了徹底重新設計。

維拉爾介紹道，團隊利用快速成型進行反覆的設計測試，最終為新型糾纏光子源提供了一個健壯的小尺寸封裝。 在模擬火箭發射和太空運行的振動和熱變化過程中，糾纏光子源質量很高，晶體排列也保持不變。

最終，他們將這個小東西裝進了立方星SpooQy-1，在2019年6月從國際空間站釋放到太空軌道上。該儀器在16攝氏度至21.5攝氏度的溫度下成功產生了糾纏光子對。

糾纏起來有什麼用

目前，維拉爾團隊正與英國的RALSpace公司合作設計一顆類似於SpooQy-1的量子納米衛星，計劃在2022年演示將衛星上產生的糾纏光子對發送給地面接收站。

維拉爾表示，這些糾纏光子能用於實現量子通信，例如量子密鑰分發，或是量子隱形傳態。

把一對對糾纏光子分別發給遠距離的兩個地面站，只要使用相同的「打開方式」，如果一方讀出信息為「0」，另一方一定會讀出信息為「1」，那麼，其中一方對「0」、「1」進行互換，即可共享一串量子密鑰。

而一個未知的量子態不能夠被精確地複製，一旦被測量就會被破壞。因此，一旦有人竊取光子並試圖自行讀取量子密鑰，一定會被發現。只有使用雙方約定的「打開方式」，才能得到正確的密鑰信息。

上述實驗，已經由中國科學技術大學教授潘建偉團隊通過「墨子號」實現，使得距離1120公里的青海德令哈和新疆南山建立量子密碼共享。