本文作者:Sheldon

联合标题头

“墨子号”量子实验卫星已经上线一周年了,并且圆满地完成了科学家安排的三个实验任务:

1. 星地间量子密钥分发;

2. 量子隐形传态;

3. 在千公里的距离上测量贝尔不等式。

可是最近,它遇到了一个新的烦恼。

因为这些实验原本只能在半夜最黑的时候进行,现在科学家却要求它把实验挪到白天。肿么办啊?肿么办!……

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我之前做的量子密钥分发实验,
虽然很成功,
但是只能在半夜的时候做。

因为在这个实验中,
我向地面发射光子,
而且每次只能发射一个。

白天阳光那么强,
一个光子哪里看得清啊!

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我的轨道高度只有5百公里。
每天躲在地球影子里的时间,
大概有三分之一。

要是想在全球搞量子通信,
就得进入地球同步轨道,
也就是3万6千多公里。

可是离地球越远,
被太阳晒的时间就越长。
到时候卫星天天被阳光干扰,
如果我不想出解决办法,
量子通信恐怕就会难搞得多。

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如果让太阳光穿过三棱镜,
它就会分解成各种颜色的光。

紫色光的波长最短,
红色光的波长最长。

在红色光之外的区域,
其实还有很多肉眼看不到的光,
叫做红外线
它的波长比红色光还要长。

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道理很简单!

太阳虽然发出各种波长的光,
但是有的光子多一些,
有的光子少一些。

在800纳米的波长上,
太阳发射的光子很多,
大气对光子的散射很厉害,
产生的干扰噪声也就多。

在1550纳米的波长上,
太阳发射的光子较少,
大气的散射也小,
产生的干扰噪声也就少。

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于是,
中科大的潘建伟教授,
及其同事彭承志,张强等,
利用1550纳米波长的光子,
成功地在青海湖两岸的阳光下,
开展了量子密钥分发实验。

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在这次实验中,
他们每发射10万个光子,
就有99998个光子被损耗掉。
(即光子损耗为48dB,
这是为了模拟星地通信的环境。)

但剩下的光子抵达了接收器,
成功地传输了量子密钥。

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在这次的量子通信实验中,
为了减少各种噪声的干扰,
他们除了调整光子的波长,
还用到了两种方法。

一是光谱滤波,
也就是把其他频率的光子都拦在外面。

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二是空间滤波,
说白了就是减小接收光子的空间范围。

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这篇实验写成的论文,
发表在了《自然•光学》上。

实验结果说明,
本来让卫星发送量子密钥,
只能趁半夜最黑的时候。
现在白天也可以发送了。

这就为下一步
构建量子通信卫星网络,
打下了坚实的技术基础。

量子实验卫星再也不发愁啦。

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美指:牛猫
绘制:赏鉴
排版:胡豆
鸣谢:廖胜凯,任继刚,彭承志,印娟,刘乃乐

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