美国研究人员近日在《自然》杂志发表成果，展示了一种利用量子纠缠在单光子水平探测天文源光学信号的方法。论文由哈佛大学Pieter-Jan Stas团队主导，实验在超过1.5公里的光纤链路上实现对极弱光信号的探测，被认为可能为更高分辨率的光学望远镜技术提供新的实现思路。

干涉测量法是天文学获取高分辨率图像的重要手段，其基本思路是将空间上分离的探测器网络所收集的光进行合成，从而获得相当于“单台望远镜口径等于探测器间距”的角分辨率。跨大陆阵列的典型应用包括事件视界望远镜（EHT），该系统在2019年实现对黑洞（梅西耶87）的首次直接成像。

不过，光学与红外波段的干涉测量面临不同于无线电波段的工程限制。相关信号往往需要在单光子水平被探测，为恢复干涉测量所需的相位信息，来自不同望远镜的光子通常需要被物理传输并在中央位置进行干涉测量，同时系统还必须避免泄露“光子来自哪个望远镜”的信息。由于光子在传输过程中信息容易丢失，现有光学干涉仪网络的基线长度通常被限制在约300米范围内，从而制约了分辨率提升。

研究团队在实验中验证了量子纠缠辅助方案的可行性。该思路最早由理论学家Daniel Gottesman在2012年提出：若多个探测器共享纠缠量子态，入射光子可与共享态相互作用，从而在不将光子长距离传输到中央探测器的情况下获取干涉信息。但在实际系统中，以所需速率生成并分发纠缠一直是主要挑战。

在此次演示中，团队采用基于“量子存储器”的实现路径：量子存储器由嵌入钻石纳米腔的硅空位中心构成，利用钻石晶格缺陷将电子自旋映射到附近原子核更稳定的自旋上，以实现更长时间的量子信息存储。研究人员在两个由光纤连接的站点之间建立远程纠缠后，将到达站点的微弱光信号映射到纠缠存储器上，并在过程中抹除光子到达哪个探测器的信息。系统还引入非局域光子预示技术，用于确认光子被探测并抑制背景噪声。

通过上述流程，团队实现了对两站点间微弱入射光的差分相位测量。实验中，两站点最大间距达到1.55公里，显著超过当前光学干涉测量常见的基线长度。

研究人员同时指出，该技术距离实际天文学应用仍存在明显差距。受纠缠生成速率限制，实验数据采集频率约为12毫赫兹；在光子数极少的条件下，误判探测事件也会抬升噪声水平。尽管如此，研究认为该演示表明纠缠辅助干涉测量所需的关键组件能够在实验中协同工作。

研究团队表示，随着纠缠生成技术的改进，该方法有望推动量子增强成像技术的发展，并可能为光学天文学与深空通信带来新的进展。

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