將多個粒子的狀態(tài)進行拆解后重新“組合編排”，這樣便會像拼搭樂高積木一樣產(chǎn)生出糾纏態(tài)。

撰文?| 董唯元

早期研究者制備糾纏關(guān)系的思路非?？贪澹阂磸牧Ｗ映錾漠a(chǎn)房入手，精心設(shè)計初始狀態(tài)，使同時產(chǎn)生的一對粒子具備特定的糾纏關(guān)系；要么從粒子間相互作用入手，通過仔細(xì)調(diào)節(jié)的散射條件來實現(xiàn)所需要的糾纏。無論哪種方式，都是極為耗神費力的麻煩事。

1992年，貝爾實驗室的Bernard Yurke和David Stoler利用微觀粒子的全同性，率先明確提出了一種便捷制備糾纏態(tài)的方法，并利用此方法描述了制備貝爾態(tài)的具體過程[1, 2]。2019年底，波蘭研究者Pawel Blasiak和Marcin Markiewicz將這一方法進一步推廣，提出了原則上可以制備任意特定糾纏態(tài)的一般性方法，并將成果發(fā)表在《自然》雜志上[3]。

粒子全同性，是量子理論所揭示的基本粒子的有趣性質(zhì)之一。在經(jīng)典模型中，兩個非親非故的粒子就像沙漠中的兩顆砂礫，除非相互接觸，否則它們之間不會存在任何關(guān)系。而量子理論告訴我們，基本粒子其實是波動著的場的激發(fā)，世界上的任意兩個X粒子，都是源自同一個X場的激發(fā)。所以兩個基本粒子更像是同一片水洼中的兩顆水滴，總是天生便彼此之間存在著聯(lián)系。正是這一奇特的屬性，為糾纏態(tài)的制備提供了先決條件。

在Pawel Blasiak和Marcin Markiewicz介紹的方法中，制備多個粒子糾纏態(tài)變成了一項非常簡單的任務(wù)。簡而言之，他們的方法就是將多個粒子的狀態(tài)進行拆解后重新“組合編排”，這樣便會像拼搭樂高積木一樣產(chǎn)生出糾纏態(tài)。方法的核心就在于這個“編排”過程，具體需要哪種糾纏態(tài)，就進行相應(yīng)的編排即可。

左側(cè)A1, A2,,…, AK為狀態(tài)輸入，右側(cè)B1, B2, …, BK為狀態(tài)輸出。U1, U2, …, UK為初始粒子各自的狀態(tài)調(diào)整，V1, V2, …, VK是輸出端各局域的狀態(tài)揀選。各種不同的編排方式σ共同構(gòu)成集合SN，其中N標(biāo)志糾纏態(tài)的維度，例如σBell∈S4，σGHZ∈S6。

論文中作者例舉了幾個很具實用價值的例子：分別對應(yīng)貝爾態(tài)、GHZ態(tài)和W態(tài)所對應(yīng)的制備方式。

這一方法對輸入端粒子的來源沒有任何特殊要求，制備過程也不需要多個粒子之間發(fā)生相互作用，而且這一方法對玻色子和費米子同樣有效。就像用活字印刷術(shù)替代雕版印刷，這種便捷的新方法無疑為量子計算技術(shù)早日平民化解決了一個關(guān)鍵問題。

參考資料

[1] Yurke, B. & Stoler, D. Bell’s-inequality experiments using independent-particle?sources. Phys. Rev. A 46, 2229 (1992).

[2] Yurke, B. & Stoler, D. Einstein-Podolsky-Rosen Effects from Independent Particle Sources. Phys. Rev. Lett. 68, 1251 (1992).

[3] Blasiak, P., Markiewicz, M. Entangling three qubits without ever touching. Sci Rep 9, 20131 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-55137-3