首次實現(xiàn)：用聲音糾纏了兩個量子比特！

2019-07-04 11:44 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

芝加哥大學分子工程研究所科學家們在發(fā)展量子技術的探索中取得了兩個突破。在一項研究中，他們首次使用聲音糾纏了兩個量子比特；在另一項研究中建立了迄今為止質(zhì)量最高的兩個量子位元之間的遠距離連接。

這項研究工作讓我們離利用量子技術制造更強大的計算機、超敏感傳感器和安全傳輸又近了一步。該研究的合著者、IME和芝加哥大學附屬阿貢國家實驗室分子工程學老約翰·a·麥克林教授安德魯·克萊蘭說：這兩項技術都是量子通信領域的革命性進步！

作為超導量子技術發(fā)展的領導者，研究團隊建造了第一臺“量子機器”，在一個機械諧振器中展示了量子性能。其中一個實驗展示了我們現(xiàn)在可以達到的精度和準確度，另一個實驗展示了這些量子位元的一種基本新能力。科學家和工程師們看到了量子技術的巨大潛力。量子技術利用自然界粒子的奇特特性來操縱和傳輸信息。例如，在某些條件下，兩個粒子可以“糾纏”——即使它們沒有物理上的聯(lián)系，但它們的命運也是相連的。纏繞粒子可以讓你做各種各樣很酷的事情，比如把信息瞬間傳送到太空，或者建立一個不可破壞的網(wǎng)絡。

但是這項技術還有很長的路要走——確切地說：一個巨大的挑戰(zhàn)是沿著電纜或光纖發(fā)送量子信息，無論距離有多遠。發(fā)表在《自然物理》上的一項研究中，克萊蘭實驗室利用超導量子位元構建了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以沿著一條近一米長的軌道交換量子信息，具有極高的可信度——此前已經(jīng)證明，該系統(tǒng)的性能要高得多?？巳R蘭研究組的研究生、論文第一作者鐘友鵬(音譯)說：這種耦合是如此之強，以至于我們可以證明一種叫做‘量子乒乓’的量子現(xiàn)象——當單個光子反彈回來時，發(fā)射并捕捉它們。

博士后研究員Audrey Bienfait(左)和研究生Youpeng Zhong在芝加哥大學分子工程研究所Andrew Cleland教授的實驗室工作。圖片（同下圖）：Nancy Wong

科學家突破之一是制造出正確的設備來發(fā)送信號，關鍵是要把脈沖正確地塑造成弧形，就像以正確的速度緩慢地打開和關閉閥門一樣。這種“節(jié)流”量子信息的方法幫助他們獲得了如此清晰的信息，以至于該系統(tǒng)可以通過一個被稱為“貝爾測試”的量子糾纏金標準測量。這是超導量子位元的首次應用，它可以用于建造量子計算機以及量子通信。另一項研究發(fā)表在《科學》(Science)上，展示了一種利用聲音糾纏兩個超導量子位元的方法。科學家和工程師在推進量子技術過程中面臨的一個挑戰(zhàn)是，如何將量子信號從一種介質(zhì)轉換成另一種介質(zhì)。

例如，微波光非常適合在芯片內(nèi)部攜帶量子信號，但不能通過空氣中的微波發(fā)送量子信息，信號被淹沒了。研究小組建立了一個系統(tǒng)，可以將量子位元的微波語言轉換成聲波，并讓它穿過芯片——使用另一端的接收器進行反向轉換。這項研究的第一作者、博士后研究員奧德麗·比恩費特(Audrey Bienfait)說：這需要一些創(chuàng)造性的工程技術，微波和聲學不是朋友，所以我們必須把它們分別放在兩種不同的材料上，然后把它們疊在一起。但現(xiàn)在我們已經(jīng)證明這是可能的，它為量子傳感器開啟了一些有趣的新可能性。