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望远镜和太空任务

望远镜和太空任务

单个光子从空间中制作艰难

20 Mar 2008

一支意大利和奥地利科学家的团队表明,可以从卫星向地球上的接收站发送单个光子。在意大利南部使用马泰拉激光测距天文台进行的工作为全局量子密码和更严格的量子力学测试铺平了道路。

量子密码术利用量子力学的定律来创建用于编码和解码消息的键。这些键是1s和0s的串,其由单个子颗粒的量子状态表示,例如光子的偏振。原则上,量子键是拒绝的—这是因为一般的量子系统的测量改变了该系统的状态。换句话说,位于发送者和接收器之间的窃听器不能拦截并识别键而不破坏它。

量子加密系统已经在商业上获得,并且已被使用,例如,制作银行转移。实际上,物理学家已经表明了如何在超过100的距离上传输量子键 km通过沿着光纤或通过望远镜发送单个光子。然而,延伸这一范围是困难的—在光纤中,光子散射引起不可接受的高损耗,并且望远镜受到大气湍流的影响,这可以扭曲光子束。

很高的期望

现在,帕多瓦大学的Paolo Villoresi以及意大利的其他科学家以及奥地利维也纳大学的Anton Zeinger领导,并通过将量子密码扩展到太空中来展示如何克服这些限制(新的物理学杂志 10 033038 )。

Matera激光测距天文台通常用于测量地球的变化’通过测量激光脉冲所需的时间来返回到经过卫星的天文台所需的时间。 Villoresi和同事采用相同的基本技术,但是使光束故意弱,因此每个脉冲从每个脉冲返回到地球上的光子。传送各个光子对于实现量子密码学,以防止窃听器虹吸上过量的光子而不改变钥匙来实现这一的关键。

通过在日本Ajisai卫星上弹出梁,在海拔大约1500的海拔地区 KM,研究人员计算它们每次脉冲的平均仅为0.4光子(考虑到其光子探测器的低效率)。令人遗症,通过精确地计算每个脉冲返回到天文台时(核对卫星的变化位置),它们能够表明这些检测到的光子是由望远镜传递的光子,而不是来自背景源的杂散光子。“我们不仅表明可以检测来自卫星的单个光子,我们还表明我们可以使用现有技术来做到这一点,” says Villoresi. “我们对此非常愉快。”

这项工作不仅为全球发送了卫星网络的卫星网络的可能性,但它应该允许科学家在基本量子物理学中进行实验。其中是贝尔不等式,这是一种测试方式“non-local”粒子之间的相关性。

团队’下一步是证明它可以从专用卫星发送实际量子密钥。研究人员希望获得意大利空间机构的资金,以制造可以传输偏振单光子的仪器,然后它们可以肩扛到合适的卫星。仪器可以在2011年左右进行运营。

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