量子力学有一特殊现象,为爱因斯坦称之鬼魅般的超距作用,即“量子纠缠”,是吸引许多科学家目光的重要现象之一,现在科学家成功再次于一颗绕地的立方卫星实验完成。
量子纠缠是指一对处于纠缠态的粒子相隔甚远仍可瞬间产生联系,其中一个可当作另一个的指示器。有朝一日,这种连结可能会应用为量子网络的基础,虽然还有很长一段路要走,但如果想让它发挥应有功能,肯定不是光纤之类的东西当传递介质,因此科学家使用各种方法实验量子纠缠,包括在太空。
这次太空实验,重量不到 2.6 公斤的 SpooQy-1 小型立方卫星,携带一台特殊装置,可透过蓝色激光二极管照射到非线性晶体,以产生成对纠缠态光子。为了保护这对纠缠态光子,科学家必须确保于太空还能免受外界干扰,包含宇宙射线及太阳辐射。尽管中国墨子号量子科学实验卫星已做过类似实验,但 SpooQy-1 卫星更迷你,研究团队为了完成实验,设计了更坚固的外壳,并使仪器成功在 16℃~21.5℃ 温度下生成纠缠态光子对。
▲ 研究人员开发了 20×10 公分的机器,以生成纠缠态光子对。(Source:新加坡国立大学量子科技研究中心)
这项实验表明,即使是微型化的纠缠态技术,也能在低耗电环境发挥作用,有效降低应用成本。此项目是由新加坡国家研究基金会资助,目前研究人员正与英国 RAL Space 公司合作,设计并建造类似 SpooQy-1 的纳卫星(并非奈米级),有将纠缠态光子从太空发射回地面接收器的能力。论文发表于《光学》期刊。
- Quantum Entanglement Demonstrated Aboard Orbiting CubeSat
(本文由 台北天文馆 授权转载;首图来源:NASA)