基于卫星的光子纠缠分布超过1,200公里

©CNSA.

迈斯

中国科学家团队实现了1200公里的纠缠光子对的基于卫星分布。

在严格的爱因斯坦局域条件下,证明了光子对在长距离运动后仍然是纠缠态,并违反了贝尔不等式。

该实验是通过两个卫星到地面的下行链路制成,其总长度不同于1600-2400公里。所获得的连杆效率是通过电信纤维直接双向传输的数量级。

量子通信科学家对在越来越长的距离上分布缠结的颗粒并在极端条件下研究纠缠的行为的基本兴趣。到目前为止,由于光纤维或地面自由空间中的光子损失,速度分布只能在高达约100公里的距离上实现。

改善分布的一种方法位于量子中继器的方案,然而,其实际有用性受到同时实现和整合所有关键能力的挑战。

另一种方法利用卫星和天基技术,因为卫星可以方便地覆盖地球上的两个遥远地点。这种方法的主要优点是大部分光子的传输路径几乎是在真空中,几乎没有吸收和非相干性。

为了证明卫星和空间的分布研究的可行性,完成基于地面的研究,通过双链地面自由空间通道显示出缠绕的光子对的双向分布,在600米,13公里和102的距离上KM,具有〜80-DB的有效通道损失。还测试了在高损失情况下移动平台上的量子通信以及在湍流条件下进行了测试。

在这些可行性研究之后,2016年8月16日从九泉开发和推出了Quallum科学实验卫星 - Micius,其使命是纠缠分布的使命。与Micius合作是三个地站(青海德林河;乌鲁木齐,新疆南山;云南丽江的高梅天气观测站)。Delingha和Lijiang(南山)之间的距离是1203公里。轨道卫星与这些地面站之间的距离可差于500-2000公里。

由于纠缠光子不能像经典信号那样被放大,因此必须发展新的方法来降低星地纠缠分布中的链路衰减。为了优化链路效率,科学家们将窄波束发散与高带宽和高精度的捕获、指向和跟踪(APT)技术相结合。通过开发超亮星载双光子纠缠源和高精度APT技术,该团队建立了两个相距1203 km的单光子之间的纠缠,平均双光子计数率为1.1 Hz,状态保真度为0.869±0.085。利用分布式纠缠光子,科学家们在没有局域性和自由选择漏洞的类空间分离条件下进行了贝尔测试。

与先前通过直接传输相同的双光子源的纠缠分布的方法 - 使用最佳性能和最常见的商业电信纤维 - 基于卫星的方法的有效链接效率是12和17个级数分别更高。

分布式缠结的光子很容易有用基于纠缠的量子密钥分布,这是迄今为止,这是在没有依赖于可信的中继的情况下在地球上的两个远处位置之间建立安全键的唯一方法。另一个即时应用程序是利用分布式纠缠,以执行量子传送协议的变型,以进行远程准备和控制量子状态。

这种基于卫星的技术为实际量子通信和基本量子光学实验开辟了明亮的前景,以前在地面以前无法进入的距离。

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