王建宇:我和潘建伟十年磨一剑克服量子与航天难关

2017-04-17 09:11

打得准

我们完成以后还是比较自豪的，第一我们抓得住，抓得很快，光出来一秒钟我就把它抓住了，也时候光被云遮住了，再抓，零点几秒就能抓住了，第二个我盯得牢不牢？

大家可以看一下数据。国际上一般是欧洲人做这个，大概最后能抓到是1．5个微弧度，我们现在修整以后同样也能做到1．5个微弧度的，构造大概的精度是一样的，但是我们的比他难，难在什么地方呢？第一个我们是一拖二，我们一个要打两个。第二个，他们做的这些实验都是在星间做的，没有大气，我们是要透过大气层，光透过了大气层以后会抖动的，所以在这个基础上，我们现在至少是国际最前沿的水平。

偏振态保持

大家知道，一个手电筒，你把它的光调的很细了，就可以看得很远，现在我们要（把光）调到理论上接近极限。

还有一个很难的事情，就是刚刚说的做通信、计算机会有0101，我们（量子力学）的0101是指光的偏振状态。

大家知道光有一个特性，它会不停的振动，我们可以利用它的这个性质。比如有一种立体电视，它就是利用这两种不同振动的方向，一个眼睛接收水平的，一个眼睛接收垂直的，合成出来就变成一个三维的。我们在这里面也利用了偏振的特征，就是根据不同的偏振方向确定不同的量子状态。

但是偏振也给我们带来很多麻烦，它经过光学系统以后它会变，比如一个垂直振动，一个水平振动，经过某一个镜片后，它变到45度振动了，你搞不清楚它原来到底是水平的还是垂直的，这样我们就没法做实验了。

所以我们要想办法，要么让它保持状态不能变化，或者我能测出来它变了多少，大家一起变，这就是我们要做的偏振态保持。

测量这两个的时候，还有基矢，一个水平偏振一个垂直偏振，你发的时候，我有一个坐标是这么放的，如果地面这个坐标现在和你不一样，两个都对不上，但是恰恰卫星在绕地球转的时候，卫星上的基矢是团团转的，所以我们要把它找回来。

所以我们做了很复杂的一套系统，在基矢往这个方向转的时候，想办法把它转回来，或者测量下来，在地面上把它转回来，让两个基矢死死地咬住，我们专门做了很多实验，到飞机上、在地面上，验证了我们这个方法是正确可行的。

单光子探测

还有一个难点就是探测单个的光子，我印象中，潘院士第一次见我们的时候，他就说：“王院长，这个还是很难的。”

我们要从一千公里的高度把一个个光子发到地面上，当时确实是很困难。现在有单光子探测器，一个光子过来会出一个脉冲，我们用这个办法可以探测到一个个光子，但是这个光子确实是有点远，目前是从上千公里外发出来的，我们难在什么呢？就是我们想了很多办法，我们上面一个望远镜收到的不单单是这个光子，还有很多其他的光，比如卫星发出的信标光，这个信标光是为了方便跟踪的，所以越亮越好，越亮跟的越牢，但这就和探测矛盾了。

量子光是一个一个光子，这就相当于从大海里面找出一滴水，非常的难。光学上可以用频率的绿波，用空间把光的颜色分开，不同频率的光走不同的地方，然后我把光遮掉，还有一个技术就是用时间滤波，我知道这个光大概什么时候发出的，上面的同步光打下来，我就把这一段时间的挑出来。

这个红的就是我发出来的量子光，绿的就是她暗计数，但是如果计数里有一个绿的进里面了，那就增加一个噪声了。因为这些技术太专业，如果形象一点表达，我们相当于什么呢？相当于对准技术，相当于我在万米高空的飞机上向地下扔一个硬币，这一个硬币相当于一个光子，飞机飞行的速度模拟卫星飞行速度，当然卫星是没办法那么快，但是因为飞机低，所以角速度是差不多的。

从万米高空高速飞行的飞机上同时向地面两个旋转的储蓄罐细长的投币口扔一个个硬币。

这个硬币下来以后，我在地面随便放一个储蓄罐，要从一万米高空把硬币投进这个储蓄罐。

储蓄罐的投币口一般都是细长的，这个相当于是偏振，它是有方向的，一定要把控好，所以我这个硬币不但要打中它，而且要把它方向对好才能扔进去，而且扔的时候要像做纠缠实验，一扔不是扔一个，要两边都扔准才行。

第二个，我们探测一个个下来的光子，探测器的灵敏度相当于呢？我们做了一个计算，一根火柴划一下大概有10的17次方的光子，我们的探测能力相当于在地球上要发现在月亮上有人划了一个火柴，我们要把它探出来。

我们还要在每秒一亿个光子里面，搞明白我们探测到的是第几个光子，这些光子都是排好队的，我抓一个，要知道它是第几个光子，这样我才能用来做密钥，这是非常简单的一个小节。这个是我们量子星发射前的留影，这个就是把它装在火箭的头上出发了，谢谢大家！

<上一页< a> 1 2 3