糾纏是量子力學(xué)的主要原理之一，奧地利科學(xué)技術(shù)研究所約翰內(nèi)斯·芬克(Johannes Fink)教授研究小組的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種利用機(jī)械振蕩器產(chǎn)生糾纏輻射的方法，期研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》上。

當(dāng)涉及到連接量子計(jì)算機(jī)時(shí)，它可能被證明是非常有用的。糾纏是量子世界的一種典型現(xiàn)象，它不存在于所謂的經(jīng)典世界——支配我們?nèi)粘Ｉ畹氖澜绾臀锢矶芍小?/p>

當(dāng)兩個(gè)粒子糾纏時(shí)，一個(gè)粒子的特性可以通過(guò)觀察另一個(gè)粒子來(lái)確定。這是愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)的，現(xiàn)在這一現(xiàn)象被積極地應(yīng)用于量子密碼學(xué)，在量子密碼學(xué)中，是不可破解的。輻射也會(huì)被糾纏：這是奧地利IST大學(xué)芬克教授團(tuán)隊(duì)的博士后Shabir Barzanjeh目前正在研究的現(xiàn)象，也是這項(xiàng)研究的第一作者。想象一個(gè)有兩個(gè)出口的盒子，如果兩個(gè)出口糾纏在一起，人們可以通過(guò)觀察另一個(gè)出口來(lái)表征從一個(gè)出口發(fā)出的輻射。

糾纏輻射以前已經(jīng)產(chǎn)生過(guò)，但在這項(xiàng)研究中，第一次使用了一個(gè)機(jī)械物體。該團(tuán)隊(duì)制造的硅束長(zhǎng)度為30微米，由大約1萬(wàn)億(10^12)個(gè)原子組成，在量子尺度上非常大，這個(gè)實(shí)驗(yàn)在基本層面上很有趣。問(wèn)題是：一個(gè)人能利用這么大的系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生非經(jīng)典輻射嗎？現(xiàn)在，我們知道答案是肯定的。但該裝置也有實(shí)用價(jià)值，機(jī)械振蕩器可以作為連接極其敏感的量子計(jì)算機(jī)和連接數(shù)據(jù)中心內(nèi)外的光纖紐帶，現(xiàn)已經(jīng)建立了一個(gè)量子鏈路的原型。

在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)中，電子元件只能在極低的溫度下工作，即絕對(duì)零度(-273.15°C)以上千分之幾度。這是因?yàn)檫@種量子計(jì)算機(jī)是在微波光子的基礎(chǔ)上運(yùn)行，微波光子對(duì)噪聲和損耗極其敏感。如果量子計(jì)算機(jī)的溫度升高，所有信息都會(huì)被破壞。因此，目前將信息從一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)幾乎不可能，因?yàn)樾畔⒈仨毚┰揭粋€(gè)溫度太高而無(wú)法生存的環(huán)境。另一方面，網(wǎng)絡(luò)中的經(jīng)典計(jì)算機(jī)通常是通過(guò)光纖連接。

因?yàn)楣廨椛鋵?duì)破壞或破壞數(shù)據(jù)的干擾具有很強(qiáng)的抗擾能力，要將這項(xiàng)成功的技術(shù)應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)，需要建立一個(gè)鏈路，將量子計(jì)算機(jī)的微波光子轉(zhuǎn)換成光學(xué)信息載體，或者建立一個(gè)設(shè)備，生成糾纏的微波光場(chǎng)，作為量子隱形傳態(tài)的資源。這樣的連接將成為室溫光學(xué)和低溫量子世界之間的橋梁，物理學(xué)家們開(kāi)發(fā)的設(shè)備是朝著這個(gè)方向邁出一步。第一作者Barzanjeh說(shuō)：我們建造的振蕩器使我們離量子互聯(lián)網(wǎng)又近了一步。

但這并不是該設(shè)備唯一的潛在應(yīng)用，該系統(tǒng)也可以用來(lái)提高引力波探測(cè)器的性能，Shabir Barzanjeh和Johannes Fink說(shuō)：原來(lái)，觀測(cè)這種穩(wěn)態(tài)糾纏場(chǎng)意味著產(chǎn)生它的機(jī)械振蕩器必須是一個(gè)量子物體。這適用于任何類型的介質(zhì)，不需要直接測(cè)量，所以在未來(lái)，該測(cè)量原理可以幫助驗(yàn)證或證偽其他難以探究系統(tǒng)的潛在量子性質(zhì)，比如生物體或引力場(chǎng)。

博科園｜研究/來(lái)自：奧地利科學(xué)技術(shù)研究所

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1320-2

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