2022年，國(guó)際空間站將開展一項(xiàng)名為“空間糾纏退火量子實(shí)驗(yàn)”(SEAQUE)的小型實(shí)驗(yàn)，在太空環(huán)境中測(cè)試量子通信技術(shù)和探測(cè)器修復(fù)技術(shù)，這可能為未來的全球量子網(wǎng)絡(luò)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

在特定問題上量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有望比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快上數(shù)百萬倍，分布式量子傳感器可以通過測(cè)量重力的微小變化，讓人們對(duì)地球和宇宙產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。但量子計(jì)算機(jī)和量子傳感器的通信都離不開專用的量子通信網(wǎng)絡(luò)。未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分是太空節(jié)點(diǎn)，能夠利用自由空間光通信(Free Space Optical Communications)，以光波為載體，在真空或大氣中傳遞信息的通信技術(shù)，將接收和傳輸量子數(shù)據(jù)到地面。

圖示所指部件將用于SEAQUE實(shí)驗(yàn)，圖片來自NASA

SEAQUE實(shí)驗(yàn)主要用于證明兩項(xiàng)技術(shù)的可行性。第一項(xiàng)技術(shù)是能夠讓量子通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將相隔很遠(yuǎn)的量子發(fā)射器和接收器，安全地連接在一起的量子通信技術(shù)。要做到這一點(diǎn)，量子通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)就必須產(chǎn)生并檢測(cè)成對(duì)的糾纏光子，這些光子最終能被傳輸?shù)降孛嫔系牧孔佑?jì)算機(jī)，為量子云計(jì)算提供基礎(chǔ)。量子云計(jì)算是一種無論計(jì)算機(jī)在何地，都能夠通過云端交換和處理量子數(shù)據(jù)的方法。

該實(shí)驗(yàn)需要測(cè)試的另一項(xiàng)技術(shù)是通過激光定期修復(fù)太空輻射對(duì)節(jié)點(diǎn)探測(cè)器引起的損傷。量子通信網(wǎng)絡(luò)的太空節(jié)點(diǎn)將需要高靈敏度的探測(cè)器，以接收來自地球表面的單光子量子信號(hào)。當(dāng)來自太空的高能粒子或輻射撞擊位于這些節(jié)點(diǎn)的探測(cè)器時(shí)，會(huì)使探測(cè)器的信息輸出中產(chǎn)生噪聲，并最終“淹沒”地面上的所有量子信號(hào)。

此外，長(zhǎng)時(shí)間的太空輻射會(huì)使探測(cè)器嚴(yán)重退化，需要定期及時(shí)更換，從而影響到全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。因此，如何使太空節(jié)點(diǎn)的探測(cè)器能從輻射損傷中“自愈”，維護(hù)好太空的精密儀器來延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)壽命，是全球量子通信網(wǎng)絡(luò)將面臨的一大挑戰(zhàn)。

“展示這兩項(xiàng)技術(shù)為未來的全球量子網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，這種網(wǎng)絡(luò)可以將相距數(shù)百英里甚至數(shù)千英里的量子計(jì)算機(jī)連接起來?！盢ASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的SEAQUE實(shí)驗(yàn)聯(lián)合研究員Makan Mohageg說道。

SEAQUE實(shí)驗(yàn)是一個(gè)全球性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校(UIUC)科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目合作伙伴包括：美國(guó)NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)、美國(guó)太空服務(wù)公司Nanoracks、加拿大滑鐵盧大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)等。