离复杂量子隐形传态更近 实验室首次产生新的复杂量子纠缠
对于量子计算机、量子加密等未来技术,实验掌握复杂的量子系统是必然的。来自维也纳大学和奥地利科学院的科学家成功实现了又一次飞跃。尽管世界各地的物理学家都在试图增加二维系统,即所谓的量子位的数量,但安东泽林格周围的研究人员正在开辟新的领域。他们追求使用更复杂的量子系统作为量子位的想法,因此他们可以用相同数量的粒子增加信息容量。所开发的方法和技术可以在未来实现复杂量子系统的远距离传输。他们的工作“超越量子比特的格林伯格-霍恩-泽林格纠缠实验”最近发表在《自然光子学》杂志上。
类似于传统计算机中的比特,量子比特是量子系统中最小的信息单位。像谷歌和IBM这样的大公司正在与世界各地的研究机构竞争生产越来越多的纠缠量子比特。明确的动机是开发一个全功能的量子计算机。然而,维也纳大学和奥地利科学院的一个研究小组正在寻求新的方法来增加复杂量子系统的信息容量。
背后的想法很简单:不仅增加参与的粒子数量,还会增加每个系统的复杂度。“我们实验的特别之处在于,它首次将三个光子包裹在传统的二维属性上,”该研究的第一作者Manuel Erhard解释道。出于这个原因,维也纳物理学家使用了具有两种以上可能状态的量子系统——在这种特殊情况下,是单个光粒子的角动量。这些单独的光子现在比量子位具有更高的信息容量。然而,这些光粒子的纠缠在概念层面上变得困难。研究人员用一个突破性的想法克服了这一挑战:一种用于自主搜索的实验性计算机算法。
在计算机算法Melvin的帮助下,已经找到了这种纠缠的实验装置。这一开始还是很复杂的,但至少原则上是行得通的。经过一些简化,物理学家仍然面临巨大的技术挑战。该团队通过使用最先进的激光技术和专门开发的多端口解决了这些问题。“这个多端口是我们实验的核心。它结合了三个光子,并使它们在三维空间中纠缠在一起,”曼纽尔艾哈德解释道。
三光子纠缠的独特性质允许对量子系统行为的新的基本问题进行实验研究。此外,这项工作的成果也可能对未来的技术产生重大影响,比如量子隐形传态。“我认为我们在这篇出版物中开发的方法和技术使我们能够传输更高比例的单个光子的总量子信息,这对量子通信网络非常重要,”安东蔡林格(Anton Zeilinger)指出了可能应用的未来。
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