中美聯合研究量子糾纏?中科大又火了,潘建偉之後又有重要成果

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近日有訊息稱,中美科研人員近日聯手在分子的量子糾纏研究取得重要進展。中國科學技術大學杜江峰院士領導的中科院微觀磁共振重點實驗室與美國國家標準技術研究所合作,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並且透過定量表徵手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。不知道為什麼,中科大似乎對量子糾纏總是情有獨鍾。

該研究成果近日線上發表在《自然》上。據介紹,這項成果對於未來考慮使用分子進行量子資訊處理有重要推動作用。

在量子力學裡,當幾個粒子在彼此相互作用後,由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質,無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,這種現象稱為

量子糾纏

。量子糾纏是一種在量子系統裡觀測到的現象,在經典力學難以觀測到類似的現象,但理論上也存在糾纏。

1935年愛因斯坦首先將糾纏這個幽靈引進量子力學,從此有關它的研究就一直沒有停止過。量子糾纏和經典物理的最大差異在於其空間的非定域性,正是這一奇特的性質使她成為當下量子資訊科技的核心。糾纏的概念可以從下圖看出:

中美聯合研究量子糾纏?中科大又火了,潘建偉之後又有重要成果

其中一個粒子處在上態,另一個粒子處在下態。兩者是一種反關聯的狀態。

這種糾纏必須是某種物理量的糾纏,比如光子的偏振糾纏,原子或者電子的自旋糾纏等等。即必須寄託於某個物理量。

量子糾纏和經典物理的最大差異在於其空間的非定域性,正是這一奇特的性質使她成為量子資訊科技的核心。在各種糾纏態中,光子糾纏態憑藉著易產生、易操作等優點已經成為實驗物理學家研究的重點物件,是國內外量子光學團隊研究的熱點。

歷史上第一次生成糾纏光子對的實驗是在高能物理領域,1946年,吳健雄在劍橋大學成功的透過正負電子湮滅生成了兩個偏振糾纏光子對,從那以後各種製備糾纏光子對的方案陸續被提出,生成的糾纏光子對的效能也在不斷提高。

目前效率比較高的是參量下轉換(SPDC)過程,即一個光子透過BBO晶體後會發生下轉換過程,變為兩個光子,這兩個光子是糾纏的,影響糾纏光子的因素有相位匹配、晶體長度等等。具體怎麼用科學的手段衡量糾纏? 北愛爾蘭物理學家貝爾提出了著名的貝爾不等式,判定體系有無糾纏。

值得注意的是近幾年,依靠量子糾纏(將糾纏作為資源)興起的量子資訊科技,包括量子保密,量子通訊,比較火熱,量子計算和量子計算機,但由於退相干的存在,量子計算和量子計算機目前的進展不是很大。另外,近些年打著量子的旗號招搖撞騙的人也不少,這個需要警惕。