全球首例：量子计算机克服挫折在太空成功运行

University of Vienna 的科学家在太空中运行量子计算机后，实现了全球首创。这台计算机于 2025 年 6 月搭载 Falcon 9 火箭发射升空。在历经诸多磨难后，它才得以运行，展示了在恶劣的太空环境中运行新技术的挑战。

将量子计算机发射到太空的想法也是为了应对太空中面临的另一个挑战——卫星的数据瓶颈。虽然像 SpaceX 这样的公司已经让向轨道发射任务变得更加容易，但运行这些任务的挑战依然大同小异。

卫星非常擅长收集原始数据，但不携带可以处理这些数据的计算能力。这意味着所有捕获的数据必须首先传回地球才能发挥作用。

然而，这造成了瓶颈，因为下行链路带宽和地面站的可用性限制了接收的数据量。一种可能的替代方案是在卫星本身上处理数据，而量子解决方案将是理想的选择。

太空中的量子计算机

众所周知，量子位（即在量子计算机中存储信息的量子比特）对外部干扰极其敏感。卫星运行的轨道环境无法提供量子实验室那种高度受控的环境，而实验室环境可以屏蔽系统。

在 量子计算机 运行之前，它必须搭载火箭发射，其组件在到达轨道之前要承受剧烈的机械应力。来自 University of Vienna 的研究人员使用钛底板加固了计算机组件，并使用环氧树脂加固了脆弱的光纤，

即使在发射前进行了广泛的振动测试，计算机上用于探测光子的 6 个硅单光子雪崩二极管 (SPADs) 中，也只有 3 个在旅途中幸存。

太空强烈的阳光为 SPADs 进行任何测量制造了巨大的背景噪音。因此，科学家们利用卫星穿过地球阴影的短暂 30 分钟时间来进行测量。

辐射和激光问题

如果你认为障碍已经消除，团队可以专注于数据处理，那么到目前为止的一切仍然算是一帆风顺。一旦阳光问题得到解决，研究人员就面临着来自地球磁场产生的 Van Allen 辐射带的辐射障碍，这些辐射带会俘获光子和电子。

团队在准备将量子计算机送入太空时预见到了这一点，并用厘米厚的航空级铝材包裹了该设备。外壳对电子有效，但无法阻挡质子，这导致光子探测器性能下降。

用于固定激光器的粘合剂在真空中也会降解并污染其光学元件，使激光输出从 20 毫瓦降低到 4 毫瓦。即使历经诸多磨难，研究人员最终还是能够测试穿过仪器电路的光子是否具有不可区分性。

根据在地球上的实验，当产生光子的晶体温度达到 90.5 华氏度 (32.5 摄氏度) 时，预计会发生这种情况，而这正是团队在太空中看到的结果。

虽然这目前还不能帮助在太空中处理卫星数据，但它表明 量子处理器 可以被压缩，可以在太空中运行，并可用于建立卫星与地面之间的量子链路。

研究 成果 发表在预印本服务器 arXiv 上。