量子奇异性在太空旅行中仍然存在
发送到卫星并返回的光子保持加密能力
量子信息科学家使用望远镜（如图所示）将光子引导至卫星，然后在返回时测量光子的量子特性。图像中可见的绿色激光用于跟踪卫星的位置。该方案表明，太空中的量子通信在技术上可能是可行的。
马可·托马辛
科学家们测量了发送到太空并返回的光子的量子特性，这一壮举证明了使用卫星传输不可破解的量子信息的可行性。
物理学家将光点发射到卫星上，卫星将其反射回地球。光子返回后，由意大利帕多瓦大学的 Paolo Villoresi 领导的团队观察到了一种称为量子干涉的特性。这证实了粒子的量子特性保持不变5000 公里的太空航行。该团队在即将发表的一篇论文中报告了这一进展物理评论快报。
该技术未来可能实现卫星量子加密，使用户可以发送防窥探的加密密钥来对秘密信息进行加密。““这对于安全通信和物理学进步非常重要，”维洛雷西说。但这并不是他接受挑战的唯一原因。“我可以更诚实地说，这很酷。”
量子干涉是光子等微小粒子的现实存在。就像池塘里的涟漪可以相互干扰，在碰撞时高度增加或减少一样，具有波状特性的量子粒子可以自我干扰（SN 在线：9/15/14）这种干扰会放大或缩小粒子在特定时间或地点出现的概率。
为了产生量子干涉，科学家首先将光子一分为二——这一壮举之所以能够实现，是因为量子力学粒子可以同时出现在两个地方，这种状态被称为叠加。科学家通过光学装置发送光脉冲，这种光学装置的设计使得每个光子同时穿过两条路径，然后在另一端重新结合。但由于其中一条路径比另一条路径长，当光子从另一端出来时，它会被分成两个包，一个包比另一个包滞后几十亿分之一秒。这种状态被称为时间叠加。
位于意大利马泰拉激光测距天文台的卫星跟踪望远镜随后将光子发射到一颗轨道卫星上，该卫星配备有反射器，反射器将光子反射回其来向。光子返回望远镜，并通过光学装置返回探测器。由于量子干涉，光子到达时间的分布与非量子情况下的预期不同。干涉量随卫星速度而变化——这与科学家的预测一致。
““在卫星和地面站之间建立这些联系非常具有挑战性，”日内瓦大学物理学家 Hugo Zbinden 表示，他没有参与这项研究。科学家之前曾通过卫星传输过光子的量子特性，但这些光子处于偏振叠加状态——光子的电场同时朝向两个方向。时间叠加比偏振叠加有一些优势。例如，当光子从卫星上反弹时，偏振可能会消失，Zbinden 说。
新的结果表明量子通信可以在原始实验室环境之外工作。“它是否能在如此长的距离和恶劣的实验条件下生存下来，这是一个大问题，”波士顿大学物理学家亚历山大·谢尔吉恩科说。“其他人要么在实验室里，要么在某个安静的环境中做这件事。”
