到目前为止，寻找地外文明(SETI)的策略都是基于经典科学的——监听无线电波、用望远镜观察光信号、在轨道上使用望远镜搜寻系外行星大气层发出的光、扫描可能来自外星人的激光。量子力学方法能做得更好吗?

星际量子通信能否涉及地球或解决费米悖论

莱瑟姆·博伊尔说也许如此。“有趣的是，我们的星系(以及它所处的宇宙背景辐射海)‘确实’允许在特定频段进行星际量子通信，”他说。

博伊尔是苏格兰爱丁堡大学希格斯理论物理中心的研究员，他研究过这种可能性，并表示：“尽管我们目前的望远镜已经足够大，可以进行星际‘经典’通信，但星际‘量子’通信需要巨大的望远镜——比我们迄今为止建造的任何望远镜都要大得多。”

此外，他的分析还为费米悖论提供了另一个潜在的解决方案。

对于星际通信，博伊尔写道：“很自然地，我们会问是否也可以发送或接收星际量子通信。”他的预印本已在arXiv预印本服务器上发布，并已提交给同行评议期刊。

这个想法是使用纠缠的量子比特对，一个由发送者保存，另一个发送到地球。几年前，人们发现两个量子粒子可以在星际甚至银河系的距离上保持量子相干性，甚至相互纠缠——以某种方式联系在一起，因此确定一个纠缠量子比特的属性可以立即确定另一个纠缠量子比特的属性。

这种奇怪的联系已经在相距一千多公里的光子之间得到证实，一个在地球表面，另一个在绕地球运行的航天器中。

量子比特是量子信息的单位。量子力学通过量子叠加允许像光子这样的粒子同时处于两种状态，例如自旋向上和自旋向下。而在传统通信中，光子处于单一状态，即一个比特，即要么自旋向上，要么自旋向下，但不能同时处于这两种状态。量子比特的差异使它们在许多应用中更加强大。

博伊尔专注于研究发送和检测这种量子比特信号的物理要求和局限性，首先是传输的“量子容量”——量子通信信道传输量子信息的最大速率。

人们已经从量子隐形传态、量子密码学、量子纠缠和其他量子现象的研究和实验中了解到很多关于量子通信信道的知识。在某些任务中，基于量子通信的协议比基于传统通信(每次从发送器向接收器传递一个比特的信道)的协议快得多。

利用所谓的量子擦除通道的量子容量的已知约束和星际介质的特性，波义尔能够获得两个重要结果：大于零的量子容量要求交换的光子位于某些允许的频带内，并且发送和接收望远镜的有效直径必须大于与光子波长的平方根乘以望远镜之间的距离成比例的值。

按照波义尔的分析，不消失的量子容量要求交换的光子的波长小于26.5厘米，主要是为了避免与宇宙微波背景发生冲突。

此外，如果接收器仅接收到一小部分传输的光子(如无线电信号)，则可以进行经典通信，但量子通信要求在接收器的望远镜中检测到大多数发送的光子。

对于地面望远镜来说，这个直径将是巨大的。光子的波长必须至少为 320 纳米才能穿过地球大气层，考虑到距离我们最近的恒星比邻星的距离为 4.25 光年，博伊尔发现地面望远镜的直径至少需要 100 公里。

毋庸置疑，这与目前正在建造的最大的地面望远镜——位于智利的欧洲极大望远镜——有着巨大的差别，后者的直径为 0.04 公里(40 米)。

“事实上，”博伊尔说，“所需的望远镜非常大，如果外星发送者有足够大的发射望远镜，他们必然也会看到我们还没有建造足够大的接收望远镜，所以他们就知道与我们沟通还没有任何意义。”

他指出，这也许是我们还没有听到他们的声音。“换句话说，外星人以量子力学方式交流的假设似乎足以解释费米悖论。”

在大气层之上，可以利用更短的波长，这将需要更小的望远镜，也许在月球上或地球的 L2 拉格朗日点，但即使是波长为 0.001 纳米量级的伽马射线，仍然需要直径约 200 米的望远镜。

望远镜不一定是单个碟形望远镜，它可以是由许多紧密排列在一起的小碟形望远镜组成(无论是在地球上还是在太空中)，但它们必须紧密排列在一起，“就像蜂巢里的细胞一样”，博伊尔说。

还可以在发送器和目标之间的线路上放置一系列中继器或量子中继器，但对于直径小于 100 米的中继器望远镜，需要每隔十分之一天文单位放置一个，这包括我们自己的太阳系内。保持它们对齐可能是一个问题(首先对它们来说，而不是对我们)。

一个缺失的部分是，如果外星人和人类一开始没有进行过任何事先交流，那么接收者如何知道到达的信号是量子力学的而不是经典的，即“纠缠对的一部分”。“我认为这个问题的答案至少是一篇额外的论文，”博伊尔说。