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首张量子纠缠图像:爱因斯坦口中的“鬼魅”问世

时间:2019-07-16编辑:相形

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首张量子纠缠图像

据物理学家组织网近日报道,英国物理学家首次拍摄到一种量子纠缠的照片,捕获到这种难以捉摸现象的视觉证据,最新研究有望促进量子计算等领域的发展。

首张量子纠缠图像_首张量子纠缠图像面世的意义_中国历史网

在量子力学领域,两个相互作用的粒子——例如通过分束器的两个光子,无论它们相隔多远,仍能以一种非常奇怪的方式“纠缠”在一起,瞬间共享它们的物理状态。

这种联系被称为量子纠缠,是量子力学领域的基本现象之一,爱因斯坦曾将其称为“幽灵般的超距作用”。

今天,虽然量子纠缠在量子计算和密码学等实际应用中“大显身手”,但它从未被单张图像捕获过。最新研究中,格拉斯哥大学的物理学家建立了一个复杂的实验,用一张图像捕捉到了量子纠缠现象。

研究人员设计了一套系统,该系统朝着在液晶材料上显示的“非传统物质”发射了源于一个量子光源的一束纠缠光子,这些液晶材料会在光子通过时改变光子的相位。

他们放置了一台超灵敏的相机,能够检测单个光子。在看到光子和与它发生纠缠的“双胞胎”同时出现时,相机拍摄了图像,首次为光子纠缠留下了珍贵的影像,得到的图像始终显示两个光子似乎相互反射并形成了一个指环形状。

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论文第一作者、格拉斯哥大学校物理与天文学院保罗-安东尼·莫罗博士说:“这张图像是对自然基本属性的优雅展示,量子纠缠第一次以图像的形式被看到,这一结果可推动量子计算新兴领域的发展,并催生新型成像技术和设备。”


量子纠缠是什么?

量子纠缠是当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这现象为量子缠结或量子纠缠。

量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象;在经典力学里,找不到类似的现象。


首张量子纠缠图像的意义有哪些?

量子纠缠是一种物理资源,如同时间、能量、动量等等,能够萃取与转换。应用量子纠缠的机制于量子信息学,很多平常不可行的事务都可以达成:

量子密钥分发能够使通信双方共同拥有一个随机、安全的密钥,来加密和解密信息,从而保证通信安全。

在量子密钥分发机制里,给定两个处于量子纠缠的粒子,假设通信双方各自接受到其中一个粒子,由于测量其中任意一个粒子会摧毁这对粒子的量子纠缠,任何窃听动作都会被通信双方侦测发觉。

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密集编码应用量子纠缠机制来传送信息,每两个经典位元的信息,只需要用到一个量子位元,这科技可以使传送效率加倍。

量子隐形传态应用先前发送点与接收点分享的两个量子纠缠子系统与一些经典通讯技术来传送量子态或量子信息从发送点至相隔遥远距离的接收点。

量子算法的速度时常会胜过对应的经典算法很多。但是,在量子算法里,量子纠缠所扮演的角色,物理学者尚未达成共识。有些物理学者认为,量子纠缠对于量子算法的快速运算贡献很大,但是,只倚赖量子纠缠并无法达成快速运算。

在量子计算机体系结构里,量子纠缠扮演了很重要的角色。

例如,在一次性量子计算机的方法里,必须先制备出一个多体纠缠态,通常是图形态或簇态,然后借着一系列的测量来计算出结果。

首张量子纠缠图像问世大大加快了对量子纠缠领域的研究。


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