据外媒报道:中国研究人员实现了的量子纠缠的新记录

据外媒报道:中国研究人员实现了的量子纠缠的新记录

物理学家们能够将3个量子位分别装入6个纠缠光子中。

科学家刚刚将18个量子位(量子计算的最基本单位)打包成六个奇异连接的光子。这是一个前所未有的每光子3个量子位元,并且是通过量子纠缠相互连接的量子位元数目的记录。

那么为什么这会令人兴奋呢?

在传统计算机中进行的所有工作,包括阅读本文所用的任何设备,都依赖于使用 “位” 进行计算,位在两种状态(通常称为“1”和“0”)之间来回切换。量子计算机使用量子位进行计算,量子位在两种状态之间同样会摇摆,但其行为却遵循量子物理学中更为奇怪的规则。与传统的位元不同,量子位元可以有不确定的状态:既不是1,也不是0,而是两者都有可能!并且会变得奇怪地连接或纠缠在一起,因此一个位元的行为直接影响另一个位元。从理论上讲,这就允许进行常规计算机几乎无法完成的各种计算(然而,目前量子计算还处于非常早期的实验阶段,研究人员仍在测试可能的结果,就像在这项研究中一样)。

加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的量子物理学家西德尼•施雷普勒表示,这项成就之所以令人兴奋,就是因为中国科技大学(USTC)的研究团队能将这么多量子位压缩到这么少的粒子中!

如果目标是制造18个,那么过去的方法就是让18个缠结的粒子每一个都有一个量子位,而且过程非常缓慢。

施雷普勒称,需要 “很多秒” 才能把实验中使用的六个粒子纠缠在一起,这样的时间在计算机时代已经算是永恒了。每一次计算都必须开始一个新的纠缠过程。每增加一个粒子到纠缠中,就需要比上一个粒子更长的时间才能加入,以至于建立一个18位的纠缠,一次一个量子位是完全不合理的。

(有大量的量子实验涉及超过18个量子位,但在这些实验中,量子位并非全部纠缠在一起。相反,系统只会为每次计算纠缠几个相邻的量子位。)

6月28日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一篇论文中,研究人员利用了光子的 “多重自由度”,将六种纠缠粒子(在本例中是光子)中的每一种粒子打包成三量子位元。

当一个量子位被编码成一个粒子时,它被编码成粒子可以来回翻转的一种状态,就像它的偏振,或者它的量子自旋。每一个都是 “自由度”。一个典型的量子实验涉及到所有涉及的粒子的一个自由度。但是像光子这样的粒子有很多自由度。通过同时使用其中一种以上的编码,研究人员以前也涉足过,但不是如此极端,量子系统可以将更多的信息装入更少的粒子中。

就好像你在你的计算机中占了六位,但每一位都可以容纳多少信息,它们可以非常快速而有效地完成这项工作。

USTC的研究人员成功完成了这个实验,这并不意味着其他地方的量子计算实验将开始涉及更多的自由度。光子在某些量子操作中尤其有用,最重要的是,在量子网络中,信息在多个量子计算机之间传输。但是其他形式的量子位元,比如超导电路中的那些量子位元,可能不那么容易接受这种操作。

这篇论文的一个开放的问题,是所有纠缠的量子位是否相互作用相等?是同一粒子上的量子位相互作用之间存在差异?还是不同自由度下的量子位相互作用之间存在差异?

研究人员在论文中写道,在未来,这种实验装置可能会使某些量子计算成为可能。但目前,这些量子计算还只是理论上的讨论,从未付诸实践。


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