參考消息網12月20日報道 據美國《科學日報》網站12月17日報道，量子衛星最為人熟知的用途是將糾纏光子從軌道傳輸至地面站，這種方法被用於創建安全性極高的通信鏈路。最新研究表明，這一過程也可以反向進行，即把量子信號從地球發射至衛星，而這一方案長期以來被認為不切實際。

  這一發現掃除了當下量子衛星系統面臨的多項主要限制。地面設備能夠調用的功率要大得多，維護起來更為簡便，且産生信號的強度也大得多。這些優勢對於未來構建量子計算機網絡至關重要，這些量子計算機將借助充當中繼站的衛星實現互聯。

  這項題為《經由上行衛星信道實現量子糾纏分發》的研究，由澳大利亞悉尼科技大學的西蒙·德維特教授、亞歷山大·索恩採夫教授以及該大學一支研究團隊完成，近期發表於美國《物理評論·研究》雜誌。

  索恩採夫説：“現有量子衛星會在太空中生成糾纏光子對，隨後將光子對拆分，分別傳輸至地球上的兩個地點，這一過程被稱為‘下行鏈路’。它主要應用於密碼學領域，只需要少量光子就能生成密鑰。”

  科學家們在很大程度上忽視了與之相反的方案，也就是在地面生成糾纏光子並將其向上傳輸。由於光子在穿越大氣層的過程中會出現損耗、受到干擾併發生散射，這一想法被認為不切實際。

  德維特説：“我們的構想是，從兩個不同的地面站分別發射一個光子，傳輸給在距地球500公里的軌道上以時速約20000公里運行的衛星，然後讓這兩個光子以極高的精度相遇，從而産生量子干涉。這真的有可能實現嗎？”

  研究人員&&，嚴謹的建模表明，答案是肯定的。德維特説：“令人意外的是，我們的建模結果顯示上行鏈路是可行的。我們的模型納入了諸多現實因素，包括地球背景光、月球反射的太陽光、大氣效應以及光學系統的對準誤差等。”

  該研究團隊説，利用無人機或搭載在氣球上的接收器，很快就能測試這項構想。這將為未來依託近地軌道小型衛星構建覆蓋多個國家和大洲的大規模量子網絡奠定基礎。

  德維特説：“量子互聯網與目前尚處於萌芽階段的密碼學應用有着本質區別。二者的基本原理是相同的，但要實現量子計算機之間的互聯，需要用到數量多得多的光子，也就是更大的帶寬。”

  上行鏈路方案或許能提供一種切實可行的解決路徑。

  德維特説：“上行鏈路方法能夠提供這種帶寬。衛星只需要搭載一套緊湊型光學裝置，對入射光子進行干涉處理並反饋結果即可，不需要用量子硬體每秒生成數以萬億計的光子來抵消地面的損耗，這樣就能實現高帶寬量子通信。這一方案有助於降低成本和設備體積，使這一方案更加可行。”

  德維特將這一長遠願景比作現代電力系統。他説：“未來，量子糾纏將與電力相似。這是一種我們日常提及的、為諸多設備提供動力的公共資源。它的産生和傳輸過程通常不會被用戶察覺，我們只需插上設備的插頭就能使用。大規模量子糾纏網絡最終將做到這一點。量子設備既可以接入電源，也可以接入糾纏源，借助這兩種資源做有用的事。”（編譯/卿松竹）