物理學家開發(fā)出新的方法來證明量子糾纏

實現(xiàn)量子計算機所需的基本特征之一是量子糾纏。來自維也納大學和奧地利科學院(ÖAW)的物理學家團隊介紹了一種新技術，即使在大規(guī)模量子系統(tǒng)中也能以前所未有的效率檢測糾纏。這使科學家們更接近可靠量子計算的實施。新結果與未來幾代量子器件直接相關，并發(fā)表在最新一期的“ 自然物理學 ”雜志上。

量子計算一直引起許多科學家的注意，因為它有可能超越某些任務的標準計算機的能力。為了實現(xiàn)量子計算機，最重要的特征之一是量子糾纏。這描述了幾種量子粒子以復雜方式相互連接的效果。如果其中一個纏結顆粒受到外部測量的影響，則另一個纏結顆粒的狀態(tài)也會發(fā)生變化，無論它們彼此之間有多遠。許多科學家正在開發(fā)新技術來驗證量子系統(tǒng)中這種基本量子特征的存在。已經(jīng)對僅包含少量量子位的系統(tǒng)測試了有效的方法，量子位是量子信息的基本單位。然而，量子計算機的物理實現(xiàn)將涉及更大的量子系統(tǒng)。然而，使用傳統(tǒng)方法，驗證大型系統(tǒng)中的糾纏變得具有挑戰(zhàn)性且耗時，因為需要許多重復的實驗運行。

在最近的理論計劃的基礎上，來自維也納大學的實驗和理論物理學家團隊以及由Philip Walther和BorivojeDaki?領導的ÖAW以及貝爾格萊德大學的同事成功地證明了糾纏驗證可以令人驚訝地進行有效的方式，并在很短的時間內(nèi)，從而使這項任務也適用于大規(guī)模的量子系統(tǒng)。為了測試他們的新方法，他們通過實驗產(chǎn)生了由六個糾纏光子組成的量子系統(tǒng)。結果表明，只有少數(shù)實驗運行足以確認存在極高置信度的糾纏，高達99.99%。

可以以相當簡單的方式理解驗證的方法。在實驗室中生成量子系統(tǒng)后，科學家們會仔細選擇特定的量子測量值，然后將其應用于系統(tǒng)。這些測量的結果導致確認或否認存在纏結。“它在某種程度上類似于向量子系統(tǒng)詢問某些肯定 - 沒有問題并記下給定的答案。給出的答案越正確，系統(tǒng)表現(xiàn)出糾纏的可能性就越高，”該出版物的第一作者Valeria Saggio說。在自然物理學。令人驚訝的是，所需問題和答案的數(shù)量非常少。與傳統(tǒng)方法相比，新技術的效率提高了幾個數(shù)量級。

此外，在某些情況下，所需問題的數(shù)量甚至與系統(tǒng)的大小無關，從而證實了新方法對未來量子實驗的能力。

雖然量子計算機的物理實現(xiàn)仍面臨各種挑戰(zhàn)，但有效糾纏驗證等新進展可使該領域向前邁進一步，從而促進量子技術的進步。