中國「墨子」人造衛星,完成太空遠距發送

作者 | 發布日期 2017 年 08 月 04 日 17:30 | 分類 尖端科技 follow us in feedly

2016 年,長征二號火箭從位於戈壁沙漠的中國酒泉衛星中心發射,還帶著一顆名為墨子(沒錯,就是那位戰國時期的著名思想家)的人造衛星。火箭將「墨子」放置在和地球自轉同步的軌道上,這樣一來,它就可以在每天同一時間經過地球同一個位置上方。



墨子具備高敏銳度的光子接收器,可偵測從地面發射的單一光子的量子態,這能讓科學家測試建構單元的量子現象,諸如量子纏結、量子密碼學以及量子隱形傳態(一種利用分散量子纏結與一些物理訊息的轉換來傳送量子態至任意距離的位置的技術)。

發送一直是全球量子光學實驗室的標準操作,誠如中國團隊所說:「遠距發送已被公認為大規模量子網路與分散式量子計算的基本要素。」這項科技是根基於量子纏結現象的奇怪之處:兩顆量子,比如說光子,在太空中同一瞬間同一點形成時,各粒子所擁有的特性會結合為整體性質而無法單獨描述。用術語來講,它們會有相同的波函數。更有趣的是,當其中一顆出現變化時,另一顆也會同時被影響。

理論上量子纏結是沒有距離限制的,但應用到現實上卻是另外一回事。假如科學家要將資訊透過纏結鏈傳送到宇宙的另一點,那麼光子有可能在過程中和大氣中或是光纖裡的物質接觸,因而造成纏結現象的消失。因此目前科學家在量測量子纏結的距離都會被嚴重限制,根據墨子團隊的說法,在先前的遠距發送實驗中,距離最多只能到 100 公里。

不過顯然「墨子」人造衛星的出現改變了局勢,它的軌道在高度 500 公里的高空,在這樣的高度可以讓光子盡量在真空下旅行,而且為了將大氣的干擾減至最小,中國團隊還在海拔高達 4 千公尺的西藏阿里地區設立一座地面觀測站。為了進行實驗,首先他們創了一對纏結的光子,接著將其中一顆發射到人造衛星,另一顆則留在地面,於是便可以觀測結果了。他們分別觀察這兩顆光子,令人振奮地,量子纏結現象確實發生了,這也表示的確可以利用這種方式發送光子。這等於說有物體可以直接從地球發送到軌道上,而且超越以往量子纏結的距離。這是一項讓人讚歎的工程,足以讓人對未來規劃出更具野心的藍圖。「如果要朝向全球量子網路邁進,我們就必須做到讓量子在超長距離下傳送。」墨子的團隊這麼說。

這項研究的成功也顯現出目前中國領先且具主導性的優勢,表現無庸置疑。目前略為落後的歐美國家會如何迎頭趕上,也將成為全球注目的焦點。

(首圖來源:pixabay

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