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清华首次实现25个量子接口之间量子纠缠 刷新纪录

4月26日,清华大学<a href=http://www.ccnovel.com/e/tags/?tagname=%E6%95%99%E6%8E%88 target=_blank class=infotextkey>教授</a>段路明正在实验室里指导实验。 清华大学供图

4月26日,清华大学教授段路明正在实验室里指导实验。 清华大学供图

薛定谔的猫、爱因斯坦和波尔的辩论……100多年前科学家把量子力学带进大众视野,从此对于量子力学的探索就伴随着人类社会的每一步。近年来,量子计算机、量子互联网,这些词汇越来越频繁地出现在媒体头条,“量子”时代似乎未来可期。

近日,清华大学段路明教授研究组在量子信息领域取得重要进展,首次实现了25个量子接口之间的量子纠缠,打破了先前加州理工学院研究组4个量子接口之间纠缠的世界纪录。

纠缠的量子接口数破世界纪录

量子、接口、纠缠,这一个个词汇看起来和我们的生活不沾边,不过把视角从大变小会容易很多。日常生活中我们的手机有天线接口,电脑有网线接口,接口是信息传递的一个通道。段路明团队做的就是量子世界里的接口。

量子接口用于实现量子信息在传递粒子(光子)和存储粒子(通常为原子)之间的相干转化,是连接量子存储器或量子计算单元与光量子通信通道间的重要界面。类似于手机、电脑网口、USB这些接口在经典信息的广泛应用,量子接口也是量子信息领域的一个基本元器件。

2010年,加州理工学院研究组实现了4个量子接口之间的纠缠,代表此前的国际纪录。此次,清华大学段路明团队首次实现了25个量子接口之间的量子纠缠,把世界纪录提高了约6倍。

25个接口意味着,接口更多了,能把大家有效地连接起来。就像是在互联网里,用户更多了,把不同的内容都能包容进去了,为量子互联网构建的“万里长征”又往前走了一步。

据段路明教授介绍,量子接口是一个构件,是量子信息领域的一个基本元器件,量子接口要把存储信息的粒子(原子)跟通信的粒子(光子)做有效的量子连接,即产生纠缠。要保证量子接口有效,首先要保证不同类型粒子可以互相纠缠在一起。有纠缠就可以做到量子信息的传播,增加接口就会扩大量子网络的规模。实现量子接口之间的纠缠是构建量子网络和未来量子互联网的一个基本要求。

量子纠缠须纯净可控如“心心相印”

增加量子接口说到底还是要实现量子纠缠,为量子信息发展再推动一步。

那科学家想要实现的量子纠缠是什么呢?量子世界有两个重要特性:量子叠加和量子纠缠。

量子纠缠通俗理解常常被比喻为“远程心灵感应”,爱因斯坦也称其为“鬼魅般超距作用”。也就是说,两个量子纠缠,量子A状态改变可以对量子B产生影响,就像有心灵感应一样。

有这样属性的量子纠缠,是信息传递、信息保密的最重要的基本资源,是实现量子通信和量子计算机的基石。但有效的量子纠缠并不是那么容易做到的,有效的量子信息传播需要高纯度的纠缠状态。“我们需要的纠缠是很纯净可控的纠缠,就像是两个人之间心心相印。”段路明说。

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