物理學(xué)家開發(fā)出新的方法來(lái)證明量子糾纏

實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)所需的基本特征之一是量子糾纏。來(lái)自維也納大學(xué)和奧地利科學(xué)院(ÖAW)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)介紹了一種新技術(shù)，即使在大規(guī)模量子系統(tǒng)中也能以前所未有的效率檢測(cè)糾纏。這使科學(xué)家們更接近可靠量子計(jì)算的實(shí)施。新結(jié)果與未來(lái)幾代量子器件直接相關(guān)，并發(fā)表在最新一期的“ 自然物理學(xué) ”雜志上。

量子計(jì)算一直引起許多科學(xué)家的注意，因?yàn)樗锌赡艹侥承┤蝿?wù)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的能力。為了實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)，最重要的特征之一是量子糾纏。這描述了幾種量子粒子以復(fù)雜方式相互連接的效果。如果其中一個(gè)纏結(jié)顆粒受到外部測(cè)量的影響，則另一個(gè)纏結(jié)顆粒的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，無(wú)論它們彼此之間有多遠(yuǎn)。許多科學(xué)家正在開發(fā)新技術(shù)來(lái)驗(yàn)證量子系統(tǒng)中這種基本量子特征的存在。已經(jīng)對(duì)僅包含少量量子位的系統(tǒng)測(cè)試了有效的方法，量子位是量子信息的基本單位。然而，量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)將涉及更大的量子系統(tǒng)。然而，使用傳統(tǒng)方法，驗(yàn)證大型系統(tǒng)中的糾纏變得具有挑戰(zhàn)性且耗時(shí)，因?yàn)樾枰S多重復(fù)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。

在最近的理論計(jì)劃的基礎(chǔ)上，來(lái)自維也納大學(xué)的實(shí)驗(yàn)和理論物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)以及由Philip Walther和BorivojeDaki?領(lǐng)導(dǎo)的ÖAW以及貝爾格萊德大學(xué)的同事成功地證明了糾纏驗(yàn)證可以令人驚訝地進(jìn)行有效的方式，并在很短的時(shí)間內(nèi)，從而使這項(xiàng)任務(wù)也適用于大規(guī)模的量子系統(tǒng)。為了測(cè)試他們的新方法，他們通過實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了由六個(gè)糾纏光子組成的量子系統(tǒng)。結(jié)果表明，只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行足以確認(rèn)存在極高置信度的糾纏，高達(dá)99.99%。

可以以相當(dāng)簡(jiǎn)單的方式理解驗(yàn)證的方法。在實(shí)驗(yàn)室中生成量子系統(tǒng)后，科學(xué)家們會(huì)仔細(xì)選擇特定的量子測(cè)量值，然后將其應(yīng)用于系統(tǒng)。這些測(cè)量的結(jié)果導(dǎo)致確認(rèn)或否認(rèn)存在纏結(jié)。“它在某種程度上類似于向量子系統(tǒng)詢問某些肯定 - 沒有問題并記下給定的答案。給出的答案越正確，系統(tǒng)表現(xiàn)出糾纏的可能性就越高，”該出版物的第一作者Valeria Saggio說。在自然物理學(xué)。令人驚訝的是，所需問題和答案的數(shù)量非常少。與傳統(tǒng)方法相比，新技術(shù)的效率提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

此外，在某些情況下，所需問題的數(shù)量甚至與系統(tǒng)的大小無(wú)關(guān)，從而證實(shí)了新方法對(duì)未來(lái)量子實(shí)驗(yàn)的能力。

雖然量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)仍面臨各種挑戰(zhàn)，但有效糾纏驗(yàn)證等新進(jìn)展可使該領(lǐng)域向前邁進(jìn)一步，從而促進(jìn)量子技術(shù)的進(jìn)步。