它可能曾经被认为是物理世界的“怪胎”,但量子与爱因斯坦一笑置之的时代相比,已经有了很大的进步。“幽灵般的远距离行动”。
在一项新的研究中,科学家们成功地在卫星和地球之间传输了超过 1,200 公里(750 英里)的纠缠光子。这打破了之前的纠缠分布记录,该记录仅达到100公里。
“我们已经演示了两个纠缠光子从卫星到相距 1,203 公里的两个地面站的分布,”说Juan Yin,上海中国科学技术大学的主要作者和物理学家,在研究论文中。
“长距离纠缠分布对于量子物理和量子网络的测试至关重要。”
曾经被爱因斯坦嘲笑过,量子纠缠是当两个或多个粒子连接在一起时发生的一种奇怪现象瞬间互相影响,无论它们相距多远。
例如,如果我们让一个粒子沿顺时针方向旋转,那么预测另一个粒子将以逆时针方向旋转,无论它是在 1 厘米外,还是在宇宙的另一端。
虽然爱因斯坦不太确定这种奇怪的粒子行为是否真的在现实宇宙中上演,但量子纠缠已成为探索信息如何长距离传输的关键。
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但到目前为止,物理学家只能将纠缠粒子分布到最远 100 公里的距离。实现长距离纠缠的棘手之处在于,粒子在沿着光纤或在开阔的土地上传播时往往会迷失方向。
物理学家可以通过多种方法来解决这个问题。改善颗粒分布的一种方法是将传输线分成更小的部分,然后沿着光纤交换、纯化和存储量子信息。
这一切都很好,但是当信息需要长期存储并快速检索时,让所有这些元素无缝地协同工作仍然是一项艰巨的任务。
幸运的是,尹和他的团队刚刚展示了一种使用激光束和卫星技术实现全球量子网络的更好方法。
在帮助下更好的- 去年发射的世界上第一颗量子卫星 - 研究人员开始使用纠缠光子(光粒子)与中国各地的三个地面站进行通信。
每个站相距约 1,200 公里,距轨道卫星 500 至 2,000 公里。
他们使用分束器将卫星发出的激光束分成两种不同的偏振态。其中一束分裂光束用于发送纠缠光子,而另一束则充当光子接收器。
尽管往返时间很长,光子仍保持纠缠状态,并被相距一千多公里的地面站成功接收。
研究小组表示:“结果再次证实了纠缠的非局域特征,并排除了基于局域性和现实主义概念的现实模型。”在他们的论文中写道。
“与之前通过直接传输相同双光子源进行纠缠分布的方法相比,我们基于卫星的方法的链路效率分别高出 12 和 17 个数量级。”
这种方法的主要好处是卫星可以轻松覆盖两个相距数千公里的地球位置。由于大部分传输路径处于真空中,因此几乎没有粒子损失。
“即使将来生产出完美的光纤,我们基于卫星的方法的效率仍然会提高四到八个数量级,”团队写道。
虽然量子纠缠总是会扰乱我们的思想,但这些新发现开辟了现实世界应用的全新领域,从更好的通信网络到安全的支付系统。
希望不久之后就会有人打破这一记录。
该研究发表于科学。