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量子自检验首实现量子纠缠自检验是什么意思?

[导读] 量子自检验首实现:量子纠缠自检验是什么意思?量子纠缠自检验的研究历史是怎样的?量子纠缠被应用在哪些方面?申城之窗小编这就为你介绍:

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  量子自检验首实现b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  日前中科大团队在测量设备不可信条件下试验获知了未知量子纠缠态保真度信息,这是首次在国际上实现了量子纠缠态的自检验。目前这一成果已经发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

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  据了解,量子纠缠是量子信息领域的重要资源,学术界通常采用量子态层析的办法来测定量子纠缠态,这种方法不能用于承担对安全性有要求的量子信息任务。如果量子通信的检测设备被窃听那就会对量子通信的保密性造成威胁。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  为解决这一问题,科学家们提出了多种纠缠度量方法,可以不依赖检测设备的可信度进行量子纠缠自检验,尽管有大量理论但相关实验依旧是空白。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  此次中科大团队通过巧妙设计并试验实现了两比特和三比特量子纠缠自检验,针对不同形式的量子纠缠态,这一技术在测量设备不可信条件下,可以获得未知量子态的保真度信息,并和传统的量子态层析方法结果对比,验证自检验结果的可靠性。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  据悉,这是国际上首个具有“高可靠、抗干扰”特性的纠缠态自检验实验,为把自检验推广应用于各种量子信息过程,推进量子通信和量子计算研究打下重要基础。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  量子纠缠自检验简介b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  在量子力学里,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(quantum entanglement)。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  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。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  量子自检验研究历史b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  1935年,在普林斯顿高等研究院,爱因斯坦、博士后罗森、研究员波多尔斯基合作完成论文《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的?》,并且将这篇论文发表于5月份的《物理评论》。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  这是最早探讨量子力学理论对于强关联系统所做的反直觉预测的一篇论文。在这篇论文里,他们详细表述EPR佯谬,试图借着一个思想实验来论述量子力学的不完备性质。他们并没有更进一步研究量子纠缠的特性。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  薛定谔阅读完毕EPR论文之后,有很多心得感想,他用德文写了一封信给爱因斯坦,在这封信里,他最先使用了术语Verschr?nkung(他自己将之翻译为“纠缠”),这是为了要形容在EPR思想实验里,两个暂时耦合的粒子,不再耦合之后彼此之间仍旧维持的关联。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

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  不久之后,薛定谔发表了一篇重要论文,对于“量子纠缠”这术语给予定义,并且研究探索相关概念。薛定谔体会到这概念的重要性,他表明,量子纠缠不只是量子力学的某个很有意思的性质,而是量子力学的特征性质;量子纠缠在量子力学与经典思路之间做了一个完全切割。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  如同爱因斯坦一样,薛定谔对于量子纠缠的概念并不满意,因为量子纠缠似乎违反在相对论中对于信息传递所设定的速度极限。后来,爱因斯坦更讥讽量子纠缠为鬼魅般的超距作用。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

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  EPR论文很显然地引起了众多物理学者的兴趣,启发他们探讨量子力学的基础理论。但是除了这方面以外,物理学者认为这论题与现代量子力学并没有什么牵扯,在之后很长一段时间,物理学术界并没有特别重视这论题,也没有发现EPR论文可能有什么重大瑕疵。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  EPR论文试图建立定域性隐变量理论来替代量子力学理论。1964年,约翰·贝尔提出论文表明,对于EPR思想实验,量子力学的预测明显地不同于定域性隐变量理论。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  概略而言,假若测量两个粒子分别沿着不同轴向的自旋,则量子力学得到的统计关联性结果比定域性隐变量理论要强很多,贝尔不等式定性地给出这差别,做实验应该可以侦测出这差别。因此,物理学者做了很多检试贝尔不等式的实验。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  1972年,约翰·克劳泽与史达特·弗利曼(Stuart Freedman)首先完成这种检试实验。1982年,阿兰·阿斯佩的博士论文是以这种检试实验为题目。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  他们得到的实验结果符合量子力学的预测,不符合定域性隐变量理论的预测,因此证实定域性隐变量理论不成立。但是,每一个相关实验都存在有漏洞,这造成了实验的正确性遭到质疑,在作总结之前,还需要完成更多精确的实验。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  这些年来,众多研究结果促成了应用这些超强关联来传递信息的可能性,从而导致了量子密码学的成功发展,最著名的有查理斯·贝内特(Charles Bennett)与吉勒·布拉萨(Gilles Brassard)发明的BB84协议、阿图尔·艾克特(Artur Eckert)发明的E91协议。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  2017年6月16日,量子科学实验卫星墨子号首先成功实现,两个量子纠缠光子被分发到相距超过1200公里的距离后,仍可继续保持其量子纠缠的状态。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  2018年4月25日,芬兰阿尔托大学教授麦卡﹒习岚帕(Mika Sillanp??)领导的实验团队成功地量子纠缠了两个独自震动的鼓膜。每个鼓膜的宽度只有15微米,约为头发的宽度,是由10个金属铝原子制成。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  通过超导微波电路,在接近绝对温度(-273K)下,两个鼓膜持续进行了约30分钟的互动。这实验演示出巨观的量子纠缠。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  2018年12月14日,我国首次实现量子自检验。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

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  量子纠缠的应用b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  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:b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

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  一、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。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  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。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  二、密集编码(superdense coding)b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  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。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  三、量子隐形传态b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  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(编码为量子态)从发送点至相隔遥远距离的接收点。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  四、量子算法(quantum algorithm)b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  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。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  五、在量子计算机体系结构里,量子纠缠扮演了很重要的角色。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体

  例如,在一次性量子计算机(one-way quantum computer)的方法里,必须先制备出一个多体纠缠态,通常是图形态(graph state)或簇态(cluster state),然后借着一系列的测量来计算出结果。b0z申城之窗-上海门户网站-上海专业网络媒体


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