量子技术又“上天”：新加坡用2.6公斤立方星演示量子纠缠

一波量子技术“上天”的热潮仍在持续。就在中国科学家宣布用“墨子号”卫星实现基于量子纠缠的量子密钥分发后10天，一个新加坡团队报告在立方星上实现了量子纠缠。

虽然只是做到了量子纠缠这第一步，还没有产生量子密码，但这种小体积、低成本的设备具有吸引力。

要知道，“墨子号”高度1.7米，重约640公斤。而这颗立方星不到2.6公斤，比鞋盒还小。

相关论文发表在6月25日的国际光学权威期刊《Optica》上。主导该项研究的新加坡国立大学量子技术中心的艾托尔·维拉尔（Aitor Villar）表示：“未来，我们的系统可能会成为全球量子网络的一部分，将量子信号传输给地球或其他航天器。”

他说道：“全球天基量子网络实现的步伐正在加快，我们希望我们的工作可以激发下一波天基量子技术任务。”

让光纠缠起来

量子纠缠被爱因斯坦称为“鬼魅般的远距作用”。处于纠缠态的两个量子（譬如光子）不论相距多远都存在一种关联，如果人们对其中一个量子进行操作，使其状态发生改变，另一个的状态也会瞬时发生相应改变。

那么，如何让光子纠缠起来？科学家们通常使用的方法是把光源发射的光打到特殊的晶体材料上，产生一对一对纠缠光子。

为了把这样一个产生装置放到空间、能源都有限的立方星上，又要经受发射过程，新加坡团队需要把每一部分都做得更小的同时，还要更坚固。他们也对晶体的校准支架进行了彻底重新设计。

维拉尔介绍道，团队利用快速成型进行反复的设计测试，最终为新型纠缠光子源提供了一个健壮的小尺寸封装。 在模拟火箭发射和太空运行的振动和热变化过程中，纠缠光子源质量很高，晶体排列也保持不变。

最终，他们将这个小东西装进了立方星SpooQy-1，在2019年6月从国际空间站释放到太空轨道上。该仪器在16摄氏度至21.5摄氏度的温度下成功产生了纠缠光子对。

纠缠起来有什么用

目前，维拉尔团队正与英国的RALSpace公司合作设计一颗类似于SpooQy-1的量子纳米卫星，计划在2022年演示将卫星上产生的纠缠光子对发送给地面接收站。

维拉尔表示，这些纠缠光子能用于实现量子通信，例如量子密钥分发，或是量子隐形传态。

把一对对纠缠光子分别发给远距离的两个地面站，只要使用相同的“打开方式”，如果一方读出信息为“0”，另一方一定会读出信息为“1”，那么，其中一方对“0”、“1”进行互换，即可共享一串量子密钥。

而一个未知的量子态不能够被精确地复制，一旦被测量就会被破坏。因此，一旦有人窃取光子并试图自行读取量子密钥，一定会被发现。只有使用双方约定的“打开方式”，才能得到正确的密钥信息。

上述实验，已经由中国科学技术大学教授潘建伟团队通过“墨子号”实现，使得距离1120公里的青海德令哈和新疆南山建立量子密码共享。