「量子糾纏」再創紀錄:1600萬原子的量子糾纏

2020-12-01 太平洋電腦網

量子理論預測，大量原子能發生量子糾纏。此前，科學家曾展示了2900個原子的量子糾纏現象。據物理學家組織網報導，瑞士日內瓦大學的科學家在最新研究中，展示了1600萬個原子在一個1釐米見方晶體內的量子糾纏，研究發表在近日出版的《自然·通信》雜誌上。

量子糾纏是量子力學理論預測的一種物理現象，指粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響，這種影響不受距離的限制，即使兩個粒子分隔在直徑達10萬光年的銀河系兩端，一個粒子的變化仍會瞬間影響另外一個粒子。

量子糾纏是方興未艾的量子革命的先決條件，對量子計算機的運算能力和操作模式影響巨大。此外，根據量子糾纏原理，科學家提出了量子通信的設想。

按照不確定性原理，這種傳輸信息的方式從根本上杜絕了被破譯的可能，即使信息被截取，其不確定性也會使破譯者根本無從下手，這對數據保護尤其是數據加密來說至關重要。

讓兩個粒子發生糾纏並非難事。例如，分開一個光子會生成兩個相互糾纏的光子，這兩個光子擁有相同的屬性和行為。日內瓦大學應用科學團隊的研究人員弗洛裡安·夫洛韋思說：「但我們無法直接觀測幾百萬個原子之間的糾纏過程，因為需要收集和分析的數據量太大。」

為了解決這一問題，此次夫洛韋思和同事選擇了一種不那麼直接的方法：他們讓一個光子通過一個量子中繼器——被冷卻到零下270℃的富含稀土原子的晶體。當單個光子滲入這個小晶塊時，其內的原子會發生糾纏；而當晶體再次釋放單個光子但沒有閱讀它接收的信息時，糾纏再次發生。他們研究了晶體重新釋放出來的光的屬性，同時分析了其統計特性等，成功展示了1600萬個原子之間的糾纏現象。

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    在一項發表於《自然》雜誌的研究中，中國科學技術大學潘建偉團隊首次讓由50千米光纖相連的兩個量子存儲器實現糾纏，不僅大幅刷新了此前的紀錄，也為構建基於量子中繼的量子網際網路奠定了重要基礎。根據量子力學理論，兩個處於糾纏態的粒子無論相距多遠，都可以保持一種「幽靈般的超距作用」——兩個粒子的狀態密切相關，只要測定其中一個粒子，就能獲知另一個粒子在此刻的狀態。
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