眾所周知，量子衛星將糾纏的光粒子從軌道發送到地面站。它是一種用於創建極其安全的通信鏈路的方法。新的研究表明，這一過程可以通過從地球發送到衛星的量子信號來逆轉。這是一種長期以來被認為不切實際的方法。
這一發現消除了當前量子衛星系統面臨的幾個關鍵限制。地面設備可以消耗更多電力。更容易維護並且可以產生更強的信號這些優勢對於構建通過充當中繼的衛星連接量子計算機的未來網絡至關重要。
教育細節和最近的里程碑
這項名為“衛星上行鏈路信道上的量子糾纏分佈”的研究由悉尼科技大學（UTS）的 Simon Devitt 教授、Alexander Solntsev 教授和研究團隊於近期發表在該雜誌上。 物理回顧研究–
量子衛星通信已經取得了重大進展。中國於 2016 年發射的墨子號衛星首次實現了從太空發送的量子編碼數據的演示。 2025年，濟南一號微型衛星進一步推動了這項工作，在中國和南非之間建立了12900公里的量子連接。
為什麼上行量子通信被取消？
“今天的量子衛星在太空中產生糾纏對。然後它將糾纏對的每一半發送到地球上的兩個位置，稱為‘下行鏈路’，”索爾采夫教授說。 “它主要用於加密，只需要幾個光子（光粒子）就可以創建密碼”
大多數科學家忽視了相反的方法。糾纏光子在地球上產生並向上傳輸。由於光在穿過大氣層時預期會發生損失、干擾和散射，這一概念被認為是不切實際的。
情境建模“不可能”
這個想法是從距離地球 500 公里的衛星上的不同地面站以每小時約 20,000 公里的速度發射兩個光粒子，使兩個粒子完美相遇，從而發生量子乾涉。是否可以？德威特教授說道。
研究人員表示，仔細的建模表明答案是肯定的。 “令人驚訝的是，我們的模型顯示上行鏈路是可能的。我們已經考慮了現實世界的影響，例如來自地球的背景照明和來自月球的陽光反射、大氣效應和照明系統的不完美對準，”他說。
邁向可擴展的量子互聯網
該團隊表示，這個想法可以很快得到測試。這可以使用無人機或氣球上安裝的接收器來完成。這是邁向跨越國家和大陸的大規模量子網絡的重要一步。使用低地球軌道上的小型衛星
“量子互聯網與當今新興的密碼應用程序不同。它們的核心機制相同。但你需要更多的光子 – 更多的帶寬 – 才能與量子計算機連接，”德威特教授說。
上行鏈路策略可能提供實用的解決方案。 “上行鏈路方法可以提供該帶寬。衛星只需要一個緊湊的光學單元來擾亂傳入的光子並報告結果。相反，量子硬件用於每秒生成數万億、數万億和數万億的光子，以克服突破性的損失。這創建了高帶寬量子連接。這降低了成本和尺寸，並使這種方法更加實用。”
量子糾纏是日常生活的基本組成部分。
德威特教授將長期願景與現代電力進行了比較：“未來，量子糾纏將類似於電力。我們談論的商品為其他事物提供能量。它們以用戶通常不可見的方式創建和傳輸。我們只需插入我們的設備並使用它們。最終，大規模量子糾纏網絡也是如此。將會有量子設備插入糾纏和能源。利用兩者來做一些有用的事情，“他說。
該項目結合了悉尼科技大學工程與信息技術學院和理學院的專業知識。它匯集了量子網絡領域的專家。系統建模和光子學，展示了悉尼科技大學的跨學科合作如何幫助解決新興技術中一些最嚴峻的挑戰。
