中國科大實(shí)現(xiàn)基于量子存儲(chǔ)的長基線光學(xué)干涉儀

2026-06-25 08:47:09中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)閱讀量：8167      我要評(píng)論

　　近日，中國科大潘建偉、包小輝、張強(qiáng)、彭承志等，將冷原子量子存儲(chǔ)與量子中繼技術(shù)應(yīng)用于大尺度光學(xué)干涉研究，實(shí)現(xiàn)了基線長度達(dá)20公里的非局域干涉儀，并驗(yàn)證了量子存儲(chǔ)對(duì)幾何延遲的補(bǔ)償能力。這一成果為長基線光學(xué)干涉成像開辟了新路徑，相關(guān)研究以編輯推薦(Editors' Suggestion)的形式于2026年6月17日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　在天文成像中，角分辨率受限于望遠(yuǎn)鏡口徑。通過多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行干涉測(cè)量，可將分辨率提升至由基線距離決定的水平。然而在可見光與近紅外波段，受光子傳輸損耗和復(fù)雜動(dòng)態(tài)幾何延遲的制約，依賴直接傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)光學(xué)干涉基線長期被限制在數(shù)百米以內(nèi)，與射電波段已實(shí)現(xiàn)的地球尺度干涉陣列形成鮮明對(duì)比。

　　量子中繼與量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為這一問題的解決提供了新的思路。量子中繼可以生成量子存儲(chǔ)器間的遠(yuǎn)距離糾纏，將望遠(yuǎn)鏡收集到的星光與量子存儲(chǔ)器的輸出光場(chǎng)進(jìn)行干涉，即可避免星光遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓鈱W(xué)損耗，同時(shí)量子存儲(chǔ)器還能對(duì)幾何延遲進(jìn)行精確補(bǔ)償。這一方案使得超長基線光學(xué)天文觀測(cè)成為可能。

　　中國科大潘建偉團(tuán)隊(duì)長期在冷原子量子中繼方向開展研究，掌握了長壽命高效率量子存儲(chǔ)、基于里德堡的確定性糾纏等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，近年來持續(xù)在遠(yuǎn)距離量子中繼方向取得突破。2024年該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了國際首個(gè)城域三節(jié)點(diǎn)量子存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)[Nature 629, 579 (2024)]，2026年初又成功實(shí)現(xiàn)百公里器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)[Science 391, 592 (2026)]。

　　在上述工作中，研究團(tuán)隊(duì)在遠(yuǎn)距離量子存儲(chǔ)糾纏制備以及遠(yuǎn)程單光子鎖相等方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。為實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)輔助的長基線干涉儀，團(tuán)隊(duì)首先利用一團(tuán)熱原子內(nèi)的自發(fā)拉曼散射過程制備熱光場(chǎng)來模擬星光，隨后構(gòu)建了兩團(tuán)冷原子量子存儲(chǔ)器間的遠(yuǎn)程糾纏，最后將量子存儲(chǔ)的讀出光場(chǎng)與熱光場(chǎng)干涉，觀測(cè)到了符合計(jì)數(shù)的相干振蕩。

　　該實(shí)驗(yàn)的等效基線長度達(dá)20公里，借助量子存儲(chǔ)的延遲讀出能力，演示了等效自由空間1.5公里的延遲補(bǔ)償。由于工作在光學(xué)波段，本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的干涉儀理論角分辨能力已與千公里基線的事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)陣列相當(dāng)。相較哈佛大學(xué)近期相關(guān)成果，該實(shí)驗(yàn)在基線長度、干涉對(duì)比度等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。該成果展示了量子中繼技術(shù)在光學(xué)波段提升干涉成像角分辨率的潛力，為未來量子存儲(chǔ)在天文觀測(cè)方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　該工作得到國家科技重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院及安徽省等的支持。

　　引用：中國科大實(shí)現(xiàn)基于量子存儲(chǔ)的長基線光學(xué)干涉儀中國科學(xué)家技術(shù)大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年6月22日】

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