2020-07-30 10:00

量子卫星跟量子力学是什么关系?

量⼦擦除实验由双缝⼲涉实验演化⽽来。


⼀束光通过两个条窄缝,会发⽣⼲涉现象,产⽣⼲涉条纹, 这是波的特性。⼈们认为这是光⼦和光⼦之间产⽣了⼲涉,但是当光⼦被单个发射,⽆法与其他光⼦ 产⽣⼲涉时,依然会产⽣⼲涉条纹。


 为了弄清楚光到底是波还是粒⼦,科学家在窄缝后设置了观测仪器,以确定光⼦是穿过了哪个窄缝。 然⽽诡异的是,当打开观测器观测光⼦的通过路径时,光⼦仿佛知道它被观测了,完全呈现粒⼦的特 性,⼲涉条纹不⻅了。这颠覆了⼈们的认知。 波尔认为粒⼦没被观测时,是波和粒⼦两种状态的叠加,没⼈知道它会表现那种特性。当⽤观测粒⼦ ⽅式⽅式观测它时,它才会呈现粒⼦的特性,⽽使⽤观察波的⽅式观察它,就会呈现波的特性。在粒 ⼦被观测之前,波和粒⼦同时存在的状态,称为叠加态。 


2019年,科学家们⾸次拍到了量⼦纠缠的照⽚,证明粒⼦的确存在叠加态。爱因斯坦似乎错了。 量⼦纠缠指的是叠加态的“粒⼦”之间能够建⽴某种联系,当⼀个其中粒⼦被测量,呈现某种状态 后,另⼀粒⼦⽴刻能呈现另⼀种状态。 


2020年6⽉,⾃然杂志刊登了中国量⼦实验卫星墨⼦号的实验成果,墨⼦号实现了在1120千⽶距离上 的量⼦纠缠分发。 什么是量⼦纠缠分发,墨⼦号卫星是如何⼯作的? 要知道纠缠分发,⾸先得知道如何产⽣纠缠态的量⼦。


简单来说,制造量⼦纠缠的⽅法通常会⽤光⼦轰击某种晶体,由于晶体的天然特性,当⼀个光⼦撞到 晶体后,能分裂为两个光⼦,这两个光⼦彼此之间就会形成纠缠态。 常⽤的晶体⼤致分为两种,⼀种为BBO(偏硼酸钡)晶体,⼀种为PPKTP(周期极化磷酸氧钛钾磷酸 氧钛钾)晶体。 墨⼦号量⼦卫星,就是采⽤了PPKTP晶体⽣成了偏振纠缠的光⼦对。


 偏振指的是改变光的振动⽅向,⾃然界中的光有各种振动⽅向,通过⼀些光学元件,例如半波⽚,能 够使光沿着某⼀个⻆度振动,这样的光称为偏振光,⽽偏振纠缠,指的是光⼦和光⼦之间的振动⽅向 形成纠缠态,⼀个的光⼦振动⻆度的改变会⽴刻影响另⼀个。 墨⼦号卫星上的激光发⽣器产⽣的激光,经过半波⽚,四分之⼀波⽚,会变成45度⻆的偏振光,经过 偏振分束器PBS,被分成两束同向偏振光,再轰击KTP晶体,能够产⽣⼀对光⼦对,之后在利⽤PBS将 两对光⼦叠加,就能制造出偏振纠缠态的光⼦对。 


这是墨⼦号上制造的偏振纠缠的光⼦对,在观测前,我们⽆法知道任何⼀个光⼦的振动⽅向,此时, 对于外界,这两个粒⼦就像被关在⿊盒之中,可以认为他们处于垂直与⽔平⽅向振动的叠加态。 之后这两个光⼦将会被分开,分别向地⾯上相距1120km的两个接收站A和B发送, 假如接收站A对收到的光⼦进⾏测量,得到垂直的偏振⽅向,则B站接收到与之纠缠的光⼦会⽴刻呈现 ⽔平的偏振⽅向。 假如垂直⽅向记为1,⽔平⽅向记为0,那AB之间只要⼀⽅将测得的结果反转,就能得到相同的⼀串数 字,这串数字可以作为加密通信的密钥。

本内容为作者独立观点,不代表虎嗅立场。未经允许不得转载,授权事宜请联系hezuo@huxiu.com
如对本稿件有异议或投诉,请联系tougao@huxiu.com
正在改变与想要改变世界的人,都在 虎嗅APP
赞赏
关闭赞赏 开启赞赏

支持一下   修改

确定