量子隱形傳態是改進量子計算的重要一步
雖然人類的隱形傳態只存在於科幻小說中,但在量子力學的亞原子世界中,隱形傳態是可能的,儘管這並非電視上通常描繪的方式。在量子世界中,隱形傳態涉及信息的傳輸,而不是物質的傳輸。
去年,科學家證實,即使光子沒有物理連接,信息也可以在計算機晶片上的光子之間傳遞。現在,根據最新研究,電子之間也可能實現隱形傳送。
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量子隱形傳態是愛因斯坦著名的「遠距離的鬼動作」的例證,也被稱為量子糾纏。在糾纏(量子物理學的基本概念之一)中,一個粒子的性質會影響另一個粒子的性質,即使粒子之間相距很遠也是如此。量子隱形傳態涉及兩個遙遠的糾纏粒子,其中第三個粒子的狀態立即將其狀態「傳送」到兩個糾纏粒子上。
量子隱形傳態是量子計算中傳輸信息的重要手段。雖然典型的計算機由數十億個稱為位的電晶體組成,但量子計算機將信息編碼為量子位或qubit。一個位具有單個二進位值,可以為「 0」或「 1」,但量子位可以同時為「 0」和「 1」。單個量子位同時佔據多個狀態的能力是量子計算機巨大潛力的基礎。
科學家最近通過使用電磁光子創建了遙遠糾纏的量子位對,證明了量子隱形傳態。並且,由單個電子製成的量子位也有望在半導體中傳輸信息。單個電子是有前途的量子位,因為它們彼此之間非常容易相互作用,並且半導體中的單個電子量子位也是可擴展的。可靠地在電子之間建立長距離相互作用對於量子計算至關重要。事實證明,創建遠距離糾纏的電子量子位對是遙不可及的,儘管這項任務頗具挑戰性:儘管光子自然地在遠距離內傳播,但電子通常被限制在一個地方。
糾纏的電子對
為了證明使用電子進行量子隱形傳態,研究人員利用了基於海森堡交換耦合原理的最新開發技術。單個電子就像條形磁鐵,其北極和南極可以向上或向下指向。極的方向(例如北極是否指向上方或下方)被稱為電子的磁矩或量子自旋狀態。如果某些種類的粒子具有相同的磁矩,則它們不能同時在同一位置。即,處於相同量子態的兩個電子不能彼此重疊。研究人員使用該技術分配糾纏的電子對並傳送其自旋態。
在糾纏交換中,即使粒子永不相互作用,也會在兩個電子之間產生糾纏,而「量子門隱形傳態」是使用隱形傳態進行量子計算的一種潛在有用技術,工作表明,即使沒有光子也可以做到這一點。
這些結果為涉及所有物質的自旋態而不僅僅是光子的量子遠傳研究的未來鋪平了道路,並為量子電子在量子位半導體中令人驚奇地有用的能力提供了更多證據。