如何利用X射线进行量子传输跨越星际距离

与常规通信方式相比，量子信号可能具有许多优势，这让科学家们怀疑，人类是否不是唯一一个发现这些优势的人。现在一项新的研究表明，对于假设的地外文明，利用X射线进行的量子传输可能跨越星际距离。

量子通信依赖于一种称为纠缠的量子现象。从理论上讲，两个或多个粒子（如通过纠缠“连接”的光子）可以立即相互影响，无论它们相距多远。

纠缠对于量子隐形传输至关重要，在量子隐形传输中，数据可以在一个地方消失，在另一个地方重新出现。由于该信息不会穿越中间空间，因此信息不会丢失。

要实现量子隐形传态，首先要纠缠两个光子。然后，其中一个光子（将被传送的光子）保持在一个位置，而另一个光子被传送到所需的任何目的地。

接下来，分析目标量子态中定义其关键特性的光子，这一行为也会破坏其量子态。纠缠将导致目标光子与其伙伴完全相同。出于所有意图和目的，原点的光子“传送”到目标点 —— 物理物质没有移动，但这两个光子在物理上是不可区分的。

更清楚的是，量子隐形传态发送信息的速度不能超过光速，因为目标光子仍然必须通过常规手段传输。

量子通信的一个弱点是纠缠是脆弱的。尽管如此，研究人员已经成功地传输了纠缠光子，这些光子保持稳定或“相干”，足以在1400公里的距离上实现量子隐形传输。

这些发现让爱丁堡大学的理论物理学家Arjun Berera怀疑量子信号到底能保持多远的相干。首先，他发现量子相干性可能存在于我们银河系的星际距离中，然后他和他的同事们发现量子相联性可以存在于星系间距离中。

Berera说：“如果地球大气层中的光子没有衰减到100公里，那么在星际空间中，介质密度比我们的大气层低得多，光子就不会衰减到银河系的大小。”

在这项新的研究中，研究人员调查了量子通信是否以及如何在星际距离中生存。他们指出，量子信号可能会受到许多因素的干扰，如星际物体的引力。

科学家们发现星际信息的最佳量子通信信道是X射线。这种频率在星际距离上更容易聚焦和探测。（美国宇航局通过其XCOM实验测试了深空X射线通信。）研究人员还发现，光学和微波波段也可以实现远距离通信，尽管不如X射线有效。

虽然相干性可能在星际距离内存在，但Berera确实注意到量子信号可能会失去保真度。“这意味着量子态是持续的，但它可以有一个相移，尽管量子信息在这些态中保留下来，但由于重力的影响，它已经被改变。因此，它可能“需要在接收端做一些工作来解释这些相移，并能够评估原始状态中包含的信息。”

为什么星际文明可以传输量子信号而不是常规信号？研究人员指出，量子通信可以实现比经典信道更大的数据压缩，在某些情况下，速度可以达到指数级。这样的效率提升可能对星际距离相隔的文明非常有用。

“这可能是因为量子通信是外星世界的主要通信模式，所以他们只是利用手头的东西向宇宙发送信号，”Berera说。

审核编辑：彭静