量子力学|墨子号卫星系统副总师彭承志:中高轨卫星助力量子力学检验( 三 )


“量子力学非定域性检验一个终极的问题 。 要在两端探测时引入一个‘随机’的探测 , 来检验纠缠的非定域性 。 ”彭承志表示 , 终极的随机可能像人类意识 。 因此 , 非定域性检验需要超远距离的量子纠缠分发 , 光速飞行所需的时间超过人的反应时间(约0.1秒) , 例如地球与月球之间(1.28光秒) 。 “我们可以在中高轨道上先走一步 , 实现万公里级相应的技术和验证 , 为未来真正有观测者(人)参加的检验奠定基础 。 ”
“量子力学很有意思的一点是 , 人类观测者能够决定实验本身 。 对人类观测者来说 , 纠缠到底是独立于观测存在 , 还是说人类观测的引入会导致纠缠特性的改变 。 这是我们未来要做的 。 ”
高轨道条件下还能够探索广义相对论与量子力学融合 。 比如 , 发射高轨卫星时 , 首先将卫星发射到一个较低的轨道 , 然后逐步到高轨上 。 卫星变轨 , 可以探索新的引力红移的探测方法等 。 此外 , 高轨道还能进行广域高精度时频传递 , 提升大地重力势测量、基础理论检验、国际基本计量单位传递能力 。
国际有很多空间量子科学研究的布局 , 我们也没有停下
“随着‘墨子号’的引领 , 欧美国家也迅速增加了很多空间量子科学的研究布局 。 包括NASA(美国航天局)的计划、ESA(欧洲航天局)的计划 , 他们关注的方向非常清晰 。 ”彭承志表示 。
2017年11月 , NASA发布空间基础量子物理白皮书 , 目标在量子相干与量子纠缠、量子精密测量、量子物质等领域实现突破;ESA发布空间量子技术白皮书 , 目标在量子通信、给予量子相干测量的时频传递与对地测量、基础量子物理实验等领域实现突破 。
2019年 , 欧盟专门制定一个泛欧地面和天基量子通信基础设施的协议;2021年G7峰会 , 美国、英国、法国等7国联合开发基于卫星的量子加密网络“联邦量子系统” 。 2021年 , 奥地利Zeilinger团队 , 提出基于纠缠源参数优化的星地纠缠QKD策略 , 并在144km水平链路进行演示验证;意大利Paolo小组 , 利用集成硅基光学芯片实现145米自由空间白天KQD;美国空军研究实验室研究了适用于白天自由空间量子通信的自适应光学系统 。
“所以 , 虽然他们嘴上说一些东西还不实用 , 实际上 , 技术实验研究一直在做 。 我们也没有停下来 。 ”
从低轨卫星的方向来看 , 彭承志介绍表示 , 他们正研制重约100公斤的微纳空间量子密钥分发卫星 , QKD载荷35公斤 , 预计2022年发射 。 “这是真正有业务价值的 。 ”目前 , 中国科大等联合团队已基本完成小型化、轻量化的卫星载荷 , 重量从原来的几百公斤降至30多公斤 。
与此同时 , 部分已经成熟的技术也开始进行成果转化 。 最近 , 作为中国科学技术大学的产业化平台 , 国盾量子在原“墨子号”卫星地面站的基础上合作研发了轻量化、可搬运的地面接收系统 。 该系统体积由4米乘3米 , 重13吨 , 缩小至1.2米乘0.5米 , 重量低于100公斤 。 彭承志指出 , 小型化的地面站是未来大规模用户接入的一个关键点 。

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