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更接近复杂的量子隐形传态 第一次在实验室中产生的新型复杂量子纠缠

对于量子计算机和量子加密等未来技术而言,复杂量子系统的实验掌握是不可避免的。维也纳大学和奥地利科学院的科学家们成功地实现了又一次飞跃。虽然世界各地的物理学家都在努力增加二维系统的数量,即所谓的量子比特,但围绕安东·泽林格的研究人员正在开辟新天地。他们追求使用更复杂的量子系统作为量子比特的想法,因此可以用相同数量的粒子增加信息容量。所开发的方法和技术将来可以实现复杂量子系统的远距传送。他们的工作成果“实验Greenberger-Horne-Zeilinger纠缠超越QuBits”最近发表在期刊上自然光子学。

与传统计算机中的位相似,QuBits是量子系统中最小的信息单位。像谷歌和IBM这样的大公司正在与世界各地的研究机构竞争,以生产越来越多的纠缠的QuBits。明确的动机是开发一个功能齐全的量子计算机。然而,维也纳大学和奥地利科学院的一个研究小组正在寻求增加复杂量子系统信息容量的新途径。

它背后的想法很简单:不仅增加所涉及的粒子数量,而且增加了每个系统的复杂性。“我们实验的特殊之处在于它首次将三个光子缠绕在传统的二维性质之上,”该研究的第一作者Manuel Erhard解释道。为此,维也纳物理学家使用具有两种以上可能状态的量子系统 - 在这种特殊情况下,是单个光粒子的角动量。这些单独的光子现在具有比QuBits更高的信息容量。然而,这些光粒子的缠结在概念层面上变得困难。研究人员用一个突破性的想法克服了这一挑战:一种自主搜索实验性实施的计算机算法。

在计算机算法Melvin的帮助下,已经发现了产生这种类型纠缠的实验装置。起初这仍然非常复杂,但至少它原则上起作用。经过一些简化后,物理学家仍然面临着重大的技术挑战。该团队使用最先进的激光技术和专门开发的多端口解决了这些问题。“这个多端口是我们实验的核心,它结合了三个光子,使它们三维纠缠在一起,”Manuel Erhard解释道。

三维三光子纠缠的独特性质允许对关于量子系统行为的新基本问题进行实验研究。此外,这项工作的结果也可能对未来的技术产生重大影响,例如量子隐形传态。“我认为我们在本出版物中开发的方法和技术使我们能够传送更高比例的单个光子的总量子信息,这对量子通信网络来说非常重要,”Anton Zeilinger指出了可能应用的未来。

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