維也納大學成功在太空運行量子電腦，突破空間技術挑戰

維也納大學的科學家成功實現全球首個在太空運行量子電腦的壯舉。這部量子電腦於 2025 年 6 月搭載在獵鷹 9 號火箭上發射。經歷多重挑戰後，才得以操作，展示出在太空惡劣環境中運行新技術的困難。將量子電腦發射到太空的構想，亦是為了應對太空中面臨的另一挑戰——衞星的數據瓶頸。雖然像 SpaceX 這樣的公司讓進行軌道任務變得更容易，但其運行挑戰仍然存在。衞星在收集原始數據方面表現優異，但缺乏可以處理這些數據的計算能力，這意味著所有捕獲的數據必須先回傳地球進行處理。

然而，這會造成瓶頸，因為下行帶寬和地面站的可用性限制了接收的數據量。解決這一問題的一種可能方案是，在衞星本身上處理數據，而量子解決方案則是最理想的選擇。

量子電腦在太空的挑戰

量子電腦的量子位元（qubits）存儲資訊，對外部幹擾極為敏感。衞星運行的軌道環境並不提供量子實驗室那樣高度受控的環境，這使得系統無法獲得有效的屏蔽。在量子電腦發射前，其組件必須承受嚴重的機械壓力。維也納大學的研究人員通過使用鈦基板加固電腦組件，以及使用環氧樹脂保護脆弱的光纖。即使在發射前進行了廣泛的振動測試，電腦上用於檢測光子的六個矽單光子雪崩二極管（SPADs）中，只有三個成功存活。

太空中的強烈陽光為 SPADs 創造了巨大的背景噪音，影響其測量。因此，科學家利用衞星進入地球陰影的 30 分鐘短暫時段進行測量。

解決陽光和輻射問題

在解決陽光問題後，研究人員又面臨來自地球磁場形成的範艾倫帶的輻射障礙，這些輻射捕捉了光子和電子。團隊在準備將量子電腦送入太空時已預見到這一問題，因此將設備包裹在厚度達釐米的航天級鋁材中。這一外殼對電子有效，但無法阻擋質子，導致光子探測器性能下降。用於固定鐳射的粘合劑在真空中也發生降解，污染了光學元件，將鐳射的輸出從 20 毫瓦減少至 4 毫瓦。儘管經歷重重困難，研究人員終於能夠測試光子在儀器電路中傳播時是否無法區分。

根據地球上的實驗，當產生光子的晶體溫度達到華氏 90.5 度（攝氏 32.5 度）時，這一現象應該會發生，而團隊在太空中觀察到的正是這一情況。雖然目前尚未幫助太空中的衞星數據處理，但這顯示量子處理器可以壓縮、在太空中運行，並可用於在衞星與地面之間建立量子鏈接。相關研究成果已在預印本伺服器 arXiv 上發佈。

量子電腦技術的太空應用前景

量子電腦在太空中的應用顯示了其在解決數據處理瓶頸方面的潛力。傳統衛星面臨的數據回傳限制，促使科學家探索在衛星上直接處理數據的方案。維也納大學的研究不僅克服了在惡劣環境中運行量子電腦的挑戰，還為未來的量子通信和數據處理技術鋪平了道路。這一突破可能對未來的太空任務和衛星技術產生深遠影響，尤其是在提升數據處理效率方面。