这实验原本只能半夜做,他们为什么敢挪到白天?


这是Sheldon的第51篇漫画,也是墨子沙龙和Sheldon合作的第5篇量子科普漫画
,所有图片大约4.5MB。


“墨子号”量子实验卫星已经上线一周年了,并且圆满地完成了科学家安排的三个实验任务:


1. 星地间量子密钥分发;


2. 量子隐形传态;


3. 在千公里的距离上测量贝尔不等式。


可是最近,它遇到了一个新的烦恼。


因为这些实验原本只能在半夜最黑的时候进行,现在科学家却要求它把实验挪到白天。肿么办啊?肿么办!……





我之前做的量子密钥分发实验,

虽然很成功,

但是只能在半夜的时候做。


因为在这个实验中,

我向地面发射光子,

而且每次只能发射一个。


白天阳光那么强,

一个光子哪里看得清啊!



我的轨道高度只有5百公里。

每天躲在地球影子里的时间,

大概有三分之一。


要是想在全球搞量子通信,

就得进入地球同步轨道,

也就是3万6千多公里。


可是离地球越远,

被太阳晒的时间就越长。

到时候卫星天天被阳光干扰,

如果我不想出解决办法,

量子通信恐怕就会难搞得多。






如果让太阳光穿过三棱镜,

它就会分解成各种颜色的光。


紫色光的波长最短,

红色光的波长最长。


在红色光之外的区域,

其实还有很多肉眼看不到的光,

叫做红外线!

它的波长比红色光还要长。







在之前半夜开展的实验中,

量子实验卫星发射的光子,

波长是800纳米,

也属于近红外线的波段,

算是波长1550纳米光子的表哥。


这两种光子到底哪个效果好,

做实验比一比才会知道。




在强烈的阳光下,

800纳米的光子几乎消失了,

因为背景实在太亮了。


相比之下,

1550纳米的光子就清楚很多!



道理很简单!


太阳虽然发出各种波长的光,

但是有的光子多一些,

有的光子少一些。


在800纳米的波长上,

太阳发射的光子很多,

大气对光子的散射很厉害,

产生的干扰噪声也就多。


在1550纳米的波长上,

太阳发射的光子较少,

大气的散射也小,

产生的干扰噪声也就少。





于是,

中科大的潘建伟教授,

及其同事彭承志,张强等,

利用1550纳米波长的光子,

成功地在青海湖两岸的阳光下,

开展了量子密钥分发实验。



在这次实验中,

他们每发射10万个光子,

就有99998个光子被损耗掉。

(即光子损耗为48dB,

这是为了模拟星地通信的环境。)


但剩下的光子抵达了接收器,

成功地传输了量子密钥。



在这次的量子通信实验中,

为了减少各种噪声的干扰,

他们除了调整光子的波长,

还用到了两种方法。


一是光谱滤波,

也就是把其他频率的光子都拦在外面。



二是空间滤波,

说白了就是减小接收光子的空间范围。




这篇实验写成的论文,

发表在了《自然•光学》上。


实验结果说明,

本来让卫星发送量子密钥,

只能趁半夜最黑的时候。

现在白天也可以发送了。


这就为下一步

构建量子通信卫星网络,

打下了坚实的技术基础。


量子实验卫星再也不发愁啦。








美指:牛猫

绘制:赏鉴

排版:胡豆

鸣谢:廖胜凯,任继刚

彭承志,印娟,刘乃乐


本文版权归墨子沙龙所有

自媒体、报刊等转载请联系墨子沙龙授权!



本文禁止转载或摘编

-- --
  • 投诉或建议
评论