新技術改善量子通信，糾纏聲子

來源：黑谷量子 資料來源：（芝加哥大學）

作者：776

前博士後研究員奧黛麗·比恩菲特（Audrey Bienfait）是該團隊的成員之一，該團隊首次糾纏了兩個聲子-聲音的量子粒子-為潛在的新技術打開了大門

量子通信-通過粒子（通常是糾纏的光子）發送信息，它有可能成為最終的安全通信通道。竊聽量子通信幾乎是幾乎不可能的，那些嘗試的人也將留下他們竊聽行為的證據。

但是，通過光子在傳統的通道（例如光纖線路）上通過光子發送遠距離量子信息是很困難的：攜帶信息的光子經常被破壞或丟失，使信號變得微弱或不連貫。通常，必須多次發送一條消息，以確保它能夠通過。

在一篇新論文中，芝加哥大學普利茲克分子工程學院（PME）的科學家展示了一種新的量子通信技術，該技術完全繞開了這些通道。通過將兩個通信節點與一個通道連結，他們證明了這種新技術可以在節點之間以量子原理方式發送信息，而無需佔用連結通道。

這項由安德魯·克萊蘭德教授領導的研究於6月17日發表在《物理評論快報》上，該研究利用了兩個節點之間糾纏的怪異量子現象，顯示了量子通信未來的潛在新方向。

這項研究與最近發表的第二篇論文相結合，克萊蘭德的研究小組首次將兩個聲子（聲音的量子粒子）糾纏在一起，為潛在的新技術打開了大門。

克萊蘭德說：「這兩篇論文都代表了一種探索量子技術的新方法。」普利茲克分子工程學院的分子工程學教授約翰·A·麥克林和阿貢國家實驗室的資深科學家克萊蘭德說。這些結果對量子通信和固態量子系統的未來可能意味著什麼，我們感到很興奮。」

鬼一樣的量子糾纏----通信

糾纏的光子和聲子：這些粒子可以被量子原理糾纏，這種糾纏可以長距離存在。然而一個粒子的變化會怪異地引起另一個粒子的變化。量子通信通過在粒子中編碼信息來利用這種現象。

克萊蘭德想找到一種發送量子信息而又不會在傳輸中丟失的方法。他和他的團隊，包括PME研究生Chang Hung-Shen Chang，開發了一種系統，該系統使用微波光子（與手機中使用的光子相同）通過微波電纜糾纏兩個通信節點。

在此實驗中，他們使用了約一米長的微波電纜。通過以受控方式打開和關閉系統，它們能夠使兩個節點發生量子糾纏並在它們之間發送信息，而不必通過電纜發送光子。

克萊蘭德說：「我們通過一米長的電纜傳輸信息，而沒有發送任何光子來做到這一點，這是一個非常詭異和不尋常的成就，」克萊蘭德說。「從原理上講，這還將在更長的距離上起作用。與通過光纖通道發送光子的系統相比，它將更快，更高效。」

儘管該系統有局限性-必須將其保持非常冷，在比絕對零值高出幾度的溫度下-它可能在室溫下使用原子而不是光子來工作。但是克萊蘭德的系統提供了更多的控制權，他和他的團隊正在進行實驗，將多個光子糾纏在一起，從而形成更加複雜的狀態。

用相同的技術纏住聲子

但是，糾纏的粒子不僅限於光子或原子。

在6月12日發表在《Physical Review X》上的第二篇論文中，克萊蘭德和他的團隊有史以來第一次糾纏了兩個聲子-聲音的量子粒子。

該團隊使用與光子量子通信系統類似的與聲子進行通信的系統，包括前博士後研究員奧德麗·比恩費特（Audrey Bienfait），使該團隊糾纏了兩個微波聲子（其音高比人耳可以聽到的聲響高出一百萬倍）。

一旦聲子糾纏在一起，研究小組就將其中一個聲子用作「先驅」，這將影響他們的量子系統如何使用另一聲子。該先驅使團隊能夠進行所謂的「量子橡皮擦」實驗，即使在測量完成後，該信息也會從測量中刪除。

儘管聲子相對於光子有很多缺點（例如，它們的壽命較短），但它們與許多可能與光子不強烈相互作用的固態量子系統發生強烈相互作用。

聲子可以提供一種更好的方式耦合到這些系統

克萊蘭德說：「它為量子系統提供了一個新的窗口，這可能與同樣利用機械運動的引力波探測器在宇宙上打開了新望遠鏡的方式相似。」

黑谷量子

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