請和我們共同慶祝量子物理學領域的一個新成就:科學家能夠“傳送”一條qutrit,即同時具有三種狀態的量子信息,為量子計算和通信開辟了一系列新的可能性。
在那之前,量子隱形傳態只能通過量子位(qubits)實現,盡管其可傳輸的距離之遙遠令人印象深刻。這項概念驗證性研究表明,未來的量子網絡能夠攜帶比我們想象的更多的數據,干擾也會更少。
如果你對qutrits知之甚少,那我們先退后一步。簡而言之,我們在經典計算中稱為位(bit)的小數據單元可能處于0或1這兩種狀態之一,但在量子計算中,我們有量子位(qubit),它可以同時是0和1(即疊加態)。
而現在,qutrit和trit之間也存在著相同的關系,可以將疊加態添加到0、1、2的經典狀態中。一個qutrit可以同時完成所有這些功能,因此在(例如)計算機處理能力或可同時發送的信息量方面,它又向前跨越了一大步。
對于量子計算的研究人員來說,它的復雜性也提高了。
既然我們已經知道了qutrits,那么什么是量子隱形傳態呢?
它通過一個叫做“量子糾纏”的現象,從一個地方獲取到另一個地方的量子信息,即愛因斯坦所說的“幽靈般的遠距效應”。
這就是兩個量子粒子(或是粒子組)相互連接的方式,因此,無論它們物理上相距多遠,其中一個粒子都能反映出另一個粒子的特性。
這不是科幻意義上真正的瞬間移動,而是根據一個地方的數據從另一個地方獲取即時數據,其間可能跨越很長的距離。
這種量子信息可以通過光子來傳輸,未來可能的一個用途是用來創建不會受到物理干擾的互聯網網絡(因為任何干擾都會破壞信息本身)。
通過仔細校準激光、分束器和硼酸鋇晶體,將光子的路徑分割成三個非常接近的部分,研究人員創建出了量子三元,并產生了糾纏狀態。
在對12種狀態或糾纏度的測量中,系統產生的保真度為0.75——即其中的四分之三是準確的結果。研究人員稱,雖然該裝備仍然是緩慢且低效的,但足以證明量子隱形傳態是有可能的。
有許多科學家都專注于量子傳送領域的研究,無論哪組科學家能夠真正宣稱已經首先達到這種新的傳送水平,這在量子通信領域都是一個重要的時刻——即使其實際應用目前還是有限的。
該團隊還表示,他們將來會升級他們的系統,甚至可能達到令人眼花繚亂的四態粒子(ququarts,即在qutrits的基礎上加入額外的位)。
研究人員在論文中寫道:“結合以往兩態粒子復合狀態和多重自由度的傳送方法,我們的工作為完整地傳送量子粒子提供了一個完整的工具箱。”
“我們預計,我們的結果將為高維的量子技術應用鋪平道路,因為傳送在量子中繼器和量子網絡中起著核心的作用。”
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