據(jù)美國(guó)斯坦福大學(xué)官方網(wǎng)站報(bào)道，近日該校物理學(xué)家余利奧和他的科研團(tuán)隊(duì)讓相隔1.2英里的光子和自旋的電子發(fā)生了關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)研究解決了量子物理學(xué)領(lǐng)域老大難問題——如何遠(yuǎn)距離傳輸“糾纏”的粒子。
量子糾纏是兩個(gè)或更多粒子在不同的空間即使相距幾千里也互相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。以糾纏的電子為例，電子自旋的方向有兩種，如果兩個(gè)電子發(fā)生了糾纏，它們的自旋方向也會(huì)發(fā)生聯(lián)系。愛因斯坦曾把這種現(xiàn)象稱為“幽靈般的行為”。
電子被困在原子之中，所以糾纏的電子無法通過長(zhǎng)距離直接發(fā)生“對(duì)話”，不過光子卻可以。因此，科學(xué)家可以先讓光子和電子發(fā)生所謂的“量子關(guān)聯(lián)”，這樣光子就可充當(dāng)信使的作用，傳達(dá)電子的自旋信息。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，余利奧團(tuán)隊(duì)需要保證光子和電子在長(zhǎng)距離傳輸中一直保持關(guān)聯(lián)，這是個(gè)很關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，因?yàn)楣庾釉诠饫w電纜中傳輸時(shí)有改變方向的傾向。光子可有兩種方向——垂直或水平，不過如果光子的方向在途中發(fā)生改變，它與電子的關(guān)聯(lián)就消失了。余利奧設(shè)計(jì)了一種時(shí)間戳來將光子的到達(dá)時(shí)間與電子自旋發(fā)生關(guān)聯(lián)，這可以為每個(gè)光子提供參考信息來確認(rèn)它與哪個(gè)電子相互關(guān)聯(lián)。
為最終讓兩個(gè)從未謀面的電子在遠(yuǎn)距離發(fā)生糾纏，科研人員需要將分別與不同的電子發(fā)生關(guān)聯(lián)的光子通過光纖發(fā)送出去，讓它們?cè)谥虚g的分束器中匯合并互動(dòng)，這就需要讓光子發(fā)生雙光子干涉。但是來源不同的光子會(huì)有不同的顏色或波長(zhǎng)等，而波長(zhǎng)不同的光子無法互相干涉。為克服這個(gè)困難，科研人員在光子傳輸前，讓其通過量子降頻變換器使波長(zhǎng)達(dá)到一致，最終成功地讓光子為相距1.2英里的電子捎上了信兒。
“這項(xiàng)工作可為未來在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度安全傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)做鋪墊。”余利奧補(bǔ)充道，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，量子超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度將實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的飛躍，而他們的研究也讓量子計(jì)算機(jī)離現(xiàn)實(shí)更近了一步。
總編輯圈點(diǎn)
電子的自旋特性讓它成為了能裝載復(fù)雜信息的貨箱，但要把自旋電子器件應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)，還需要一位運(yùn)貨的“車夫”?，F(xiàn)在科學(xué)家讓光子很好地?fù)?dān)起了這個(gè)責(zé)任。接近兩公里之外的關(guān)聯(lián)，不但向人們展示了量子現(xiàn)象與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)之間的差異有多大，也為開啟超快量子計(jì)算、超安全量子密碼等下一代未來技術(shù)提供了鑰匙。
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