澳洲研究人員證實「不可能」的量子網路「上行」傳輸可行性

全球建立防駭量子網路的競賽，因雪梨科技大學（University of Technology Sydney, UTS）研究人員的一項突破性模型，向前邁進了一大步。這項創舉首次證實了「量子上行傳輸」（quantum uplink）的可行性——即將脆弱的量子訊號直接從地球發射到衛星上。這項詳細發表於《物理評論研究》（*Physical Review Research*）的發現，徹底顛覆了既有的太空量子通訊模式，為建立安全的全球網路提供了一條更具成本效益且更易於擴展的途徑。

長久以來，太空量子通訊主要依賴「下行傳輸」（downlink）。最著名的案例是中國的「墨子號」（*Micius*）衛星，其運作方式是讓龐大、複雜且高耗電的衛星在軌道上產生糾纏光子，然後將其向下傳輸至地面。然而，由西蒙·德維特（Simon Devitt）教授和亞歷山大·索爾恩采夫（Alexander Solntsev）教授領導的UTS模型，徹底反轉了這個流程，將系統設計的重心從太空轉移回地面。

他們的核心解決方案是將所有複雜且需要大量能源供應的硬體設備安全地保留在地球上的地面站。地面站擁有充足的電力，負責產生並發射高精度的量子訊號。如此一來，衛星的角色就變成了一個簡單、輕巧且低成本的「接收器」，只需在軌道上等待捕捉這些來自地球的訊號即可。這種設計大幅降低了衛星的複雜性、尺寸與製造成本，使整套系統的部署與維護變得更加實際可行。

過去，這個技術挑戰被認為是難以克服的：如何用從兩個不同地點發射的兩個獨立光子，精準擊中一顆在頭頂上方500公里處、以每小時20,000公里高速移動的小型衛星，並確保它們在「完全相同的時間」到達衛星上發生量子干涉？德維特教授表示：「令人驚訝的是，我們的模型顯示上行傳輸是可行的。」他強調，他們的研究模型充分考慮了現實世界的障礙，包括大氣扭曲、來自地球的背景光，以及月球反射的陽光等環境因素。

這項突破的意義遠超出了量子密碼學的範疇（加密只需要少量光子來建立安全密鑰）。這種上行傳輸方法能夠提供未來連接跨洲量子電腦所需的高頻寬。「量子網路是一種截然不同的產物，」德維特解釋道。「我們的方法讓衛星成為一個簡單、緊湊的單元……這降低了成本和尺寸，使這種方法更具實用性。」這項創新成功移除了量子網路發展的關鍵瓶頸，為未來鋪平了道路，讓安全的量子糾纏能夠成為一種全球性的商品，像電力一樣無所不在且無形，普及到世界每個角落。