量子计算机向来是实验室里的"娇贵花朵"。一点温度波动、一丝振动或电磁干扰，都可能让它的量子态瞬间崩塌。

如今，有科学家硬是把一台量子计算机送上了太空，并让它在轨道上完成了运算。

主导这项工作的是奥地利维也纳大学物理学家菲利普·瓦尔特团队。他是2022年诺贝尔物理学奖得主安东·蔡林格的学生，长期从事光量子技术研究。

团队近日在预印本平台arXiv上发布论文，报告了这台光量子处理器在近地轨道上的运行结果，论文尚待同行评审。这被视为量子计算机首次在太空中实际投入使用。

此前人类已经把量子技术送上过太空，比如中国2016年发射的"墨子号"量子科学实验卫星，但那主要用于量子通信和量子纠缠分发，而不是在轨执行量子计算。

把量子实验室塞进鞋盒

为什么要把量子计算机送上天？答案藏在卫星的一个老难题里。

如今的对地观测卫星每天产生海量原始数据，可卫星与地面之间的通信带宽有限，数据往往要排队下传，速度被严重拖慢。

一个思路是让卫星在轨道上先把数据处理好，只把结果发回地面。瓦尔特团队希望，量子处理器将来能承担这份"就地加工"的工作。

他们选择了以光子为载体的路线。光子速度快，几乎不与周围环境发生作用，而且不需要超导量子计算机那样接近绝对零度的庞大制冷设备，天然适合在严苛条件下工作。

这台处理器由光子对光源、一块六模集成玻璃电路芯片、单光子探测器和控制电子设备组成，整机体积约3升，功耗仅约10瓦，大约相当于一个鞋盒。

它的工作原理并不复杂：激光穿过一块晶体，产生成对的光子，光子随后进入微小的玻璃电路，研究人员用微型加热器控制它们的路径与相互干涉。

项目合作方包括德国航空航天中心、意大利国家研究委员会米兰分部、奥地利科学院以及维也纳初创企业Qubo Technology。处理器还连接了德国航空航天中心提供的星载相机，用于探索对地观测应用。

2025年6月23日，它搭乘美国太空探索技术公司的猎鹰9号火箭从加利福尼亚州范登堡发射升空，进入500多公里高的近地轨道。

一场连环"故障"考验

事后看来，火箭发射反倒是整个过程中最轻松的一关，真正的麻烦在入轨之后接踵而至。

首先，卫星带上天的六个单光子探测器只有三个能正常工作，其余几个被未经大气过滤的强烈阳光"晃瞎"了。

研究人员只好调整策略，把测量安排在卫星进入地球阴影的时段。每圈轨道中，这样的"黑夜窗口"大约只有30分钟。

紧接着，范艾伦辐射带的高能粒子在52天里持续损伤幸存的探测器。尽管有铝制屏蔽，误报率仍在不断上升，团队只能通过调节探测器电压来挽回损失。

更棘手的是光源本身。一台商用激光器内部的胶粘剂在真空中挥发，在光学元件上沉积出一层碳膜，输出功率从约20毫瓦跌到了4毫瓦，而这个隐患直到发射前都没能被发现。

对于一台依靠单个光子工作的机器来说，光源功率缩水到五分之一，意味着有效数据的产出速度大打折扣。

干涉之"坑"证明量子仍在

在重重困难之下，团队依然拿到了关键结果。

他们通过改变产生光子对的晶体温度，微调光子的波长，直到两个光子变得无法区分。只有光子在到达时间、偏振和波长上完全一致，量子干涉才能发生，而这在一颗时速约2.8万公里的卫星上尤其难以保证。

这时，一种名为"洪-区-曼德尔凹陷"的典型量子干涉现象出现了。它是两个完全相同的光子在分束器上"抱团"出行的标志，在经典物理中找不到对应物。

这一现象以1987年首先在实验中观测到它的三位物理学家命名，如今已成为检验光子是否"真正相同"的标准试金石，也是光量子计算最基础的操作单元之一。

凹陷如预期般出现在32.5摄氏度，可见度约为0.91，明显高于经典物理所能达到的0.5上限。

这一效应在两天里独立重现，而当处理器被重新配置后又随之消失，进一步排除了偶然误差。

研究团队指出，接下来的核心挑战，是在漫长的数据采集过程中让系统始终保持稳定。他们的长远目标，是让光子硬件直接在卫星上完成数据的分类与压缩。

从更宏观的角度看，这次在轨演示证明了量子硬件能够扛过发射冲击、强烈日照和太空辐射，在无人照料的情况下持续运行。

它也为未来的分布式量子计算和星地量子通信网络提供了宝贵的工程经验，比如哪些商用元件不能直接上天、探测器该如何加固。

研究团队的更远设想，是让多颗搭载光量子处理器的卫星组成网络，在轨道上开展分布式量子计算。

当然，目前的演示规模仍然很小，距离真正处理卫星数据还有相当长的路要走。

但对于习惯了恒温实验室和减振平台的量子计算来说，第一次在轨道上"开机"成功，本身就是一次值得记住的越界。