去年年底一个晴朗的夜晚,在中缅边境附近某处,地平线上出现一个绿点。“就好像一颗明亮的绿色恒星。”中国科技大学物理学教授陆朝阳在丽江郊区的一个观测站,目睹了这一景象。
他和同事们必须眼疾手快。这个绿点其实是一道激光,发射这道激光的,是在480多公里高的地球轨道上飞行的一颗人造卫星。这颗卫星好比是灯塔,激光则是它发出的信号,播送着卫星的位置。激光将划过夜空,用不了十分钟,就会消失在地平线下。
于是,团队(成员来自中国的多家科研机构)用望远镜锁定激光,搜寻他们真正的猎物:一个个微乎其微的红外光子,是由卫星上搭载的特殊晶体产生。在过滤掉绿光后,他们盯住了自己的猎物——一种从未被发送过的量子信号。
这是一场意义深远的实验,目的是测试一种名为量子密码学的崭新技术,即用光子等量子粒子传输加密信息。但脆弱的量子粒子是出了名的难以传输。若用光纤发送,最多只能传输240公里,否则信号就会受损。想要在全国或全球范围内发送信息,根本力不从心。
因此。研究人员很早就提议:用人造卫星远距离播送量子粒子。在此次实验中,人造卫星在两个相距1200多公里的地面站之间连续发送单光子信息,创下纪录。“在量子通信网络的拓展方面,这无疑是一个里程碑。”巴黎量子计算中心(Paris Center for Quantum Computing)副总监海伦·戴蒙德(Eleni Diamanti)说,他并未参与该实验。
去年8月,中国酒泉卫星发射中心发射了这枚造价高达1亿美元的人造卫星。发射前,研究人员在其中架设了一个由激光、反射镜,以及一种特殊晶体组成的复杂系统。他们将一束激光射向晶体,使之产生光子对,也叫做纠缠光子。该晶体一次能产生600对光子对,但在地面上,两个地面站每秒只能探测到大约一对。“这是一项艰巨的任务。”陆朝阳说,“就好像要在300米开外看清一根头发。”