自從20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)量子力學(xué)以來(lái)，物理學(xué)家一直依靠光學(xué)來(lái)檢驗(yàn)其基本原理。即使在今天，線(xiàn)性量子光學(xué)——單個(gè)光子在鏡子、波板和分束器中如何表現(xiàn)的物理學(xué)——在多黨糾纏的觀察、量子非局域性的測(cè)試以及解決有關(guān)現(xiàn)實(shí)本身本質(zhì)的基本問(wèn)題方面仍處于領(lǐng)先地位。

眾所周知，光線(xiàn)會(huì)避免相互作用。一束光不會(huì)輕易地影響到第二束光的任何東西——它們只是通過(guò)干擾疊加在一起，繼續(xù)工作。到目前為止，量子力學(xué)測(cè)試依賴(lài)于我們產(chǎn)生光的狀態(tài)的能力，在測(cè)量所有光子時(shí)，可以篩選出測(cè)量模式的一個(gè)子集——那些期望的相互作用已經(jīng)發(fā)生的模式。物理學(xué)家稱(chēng)這種技術(shù)為“后選擇”。

博科園-科學(xué)科普：布里斯托爾大學(xué)(University of Bristol)量子光子學(xué)中心(Centre for Quantum Photonics)的一個(gè)研究小組的新工作，揭示了通過(guò)后選擇可以進(jìn)行的量子運(yùn)算的基本限制。隨著物理學(xué)家建立越來(lái)越大的光量子態(tài)，僅使用后選擇就能得到越來(lái)越少的糾纏態(tài)。布里斯托爾團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，隨著后選擇方案的復(fù)雜性增加，想要的交互狀態(tài)(最初很容易從較大的狀態(tài)篩選出來(lái))開(kāi)始表現(xiàn)得與噪聲難以區(qū)分，這使得后選擇成為不可能。每個(gè)光子都可以攜帶量子信息的一個(gè)量子比特，或稱(chēng)“量子位”，用于從量子計(jì)算到量子通信的各種應(yīng)用。

糾纏態(tài)的一個(gè)重要類(lèi)別是“圖態(tài)”，之所以這樣稱(chēng)呼是因?yàn)樗鼈兊募m纏可以被可視化為圖的量子位節(jié)點(diǎn)之間的連接。研究人員將后可選性啟發(fā)式應(yīng)用于圖形狀態(tài)，將最多9個(gè)量子位的圖形編入可后可選目錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些圖形不到總數(shù)的五分之一。對(duì)于更大的量子系統(tǒng)，這一比例預(yù)計(jì)將大幅下降，從而限制了當(dāng)今量子光子技術(shù)所能達(dá)到的糾纏態(tài)，并加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)生和糾纏光子的新技術(shù)的需求，這項(xiàng)研究發(fā)表在2018年11月28日的《量子科學(xué)與技術(shù)》上。

這項(xiàng)新研究的主要作者杰里米?阿德科克(Jeremy Adcock)表示：盡管我們的后選擇規(guī)則表明，大多數(shù)州都是禁區(qū)，但它們也告訴我們?nèi)绾螛?gòu)建最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的喬舒亞·西爾弗斯通博士(Joshua Silverstone)是布里斯托爾大學(xué)(Bristol)的Leverhulme早期職業(yè)研究員表示：人們多年來(lái)就知道選后的問(wèn)題，但值得注意的是，只有現(xiàn)在我們才能看到它的根本局限。后選擇仍然有一些爭(zhēng)論，但這項(xiàng)工作應(yīng)該真正讓人們思考光學(xué)量子技術(shù)的現(xiàn)代方法。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自：布里斯托大學(xué)

參考期刊文獻(xiàn) :《量子科學(xué)與技術(shù)》

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