北京
实验原理示意图
在天文成像中，角分辨率受限于望远镜口径。通过多台望远镜进行干涉测量，可将分辨率提升至由基线距离决定的水平。然而在可见光与近红外波段，受光子传输损耗和复杂动态几何延迟的制约，依赖直接传输的传统光学干涉基线长期被限制在数百米以内，与射电波段已实现的地球尺度干涉阵列形成鲜明对比。
近日，来自中国科学技术大学的潘建伟、包小辉、张强、彭承志等，将冷原子量子存储与量子中继技术应用于大尺度光学干涉研究，实现了基线长度达20公里的非局域干涉仪，并验证了量子存储对几何延迟的补偿能力。这一成果为长基线光学干涉成像开辟了新路径，相关研究成果以“Memory-Assisted Nonlocal Interferometer toward Long-Baseline Telescopes”为题目，发表在近期的《物理评论快报》上。
量子中继与量子网络技术为这一问题的解决提供了新的思路。量子中继可以生成量子存储器间的远距离纠缠，将望远镜收集到的星光与量子存储器的输出光场进行干涉，即可避免星光远程传输的光学损耗，同时量子存储器还能对几何延迟进行精确补偿。这一方案使得超长基线光学天文观测成为可能。
中国科学技术大学潘建伟团队长期在冷原子量子中继方向开展研究，掌握了长寿命高效率量子存储、基于里德堡的确定性纠缠等多项关键技术，近年来持续在远距离量子中继方向取得突破。2024年潘建伟团队构建了国际首个城域三节点量子存储网络，2026年初又成功实现百公里器件无关量子密钥分发。
在上述研究工作中，研究团队在远距离量子存储纠缠制备以及远程单光子锁相等方面积累了丰富经验。为实现存储辅助的长基线干涉仪，团队首先利用一团热原子内的自发拉曼散射过程制备热光场来模拟星光，随后构建了两团冷原子量子存储器间的远程纠缠，最后将量子存储的读出光场与热光场干涉，观测到了符合计数的相干振荡。
该实验的等效基线长度达20公里，借助量子存储的延迟读出能力，演示了等效自由空间1.5公里的延迟补偿。由于工作在光学波段，本实验构建的干涉仪理论角分辨能力已与千公里基线的事件视界望远镜(EHT)阵列相当。相较哈佛大学近期相关成果，该实验在基线长度、干涉对比度等方面具有明显优势。
该研究成果展示了量子中继技术在光学波段提升干涉成像角分辨率的潜力，为未来量子存储在天文观测方面的应用奠定了基础。
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