據(jù)美國斯坦福大學官方網(wǎng)站報道，近日該校物理學家余利奧和他的科研團隊讓相隔1.2英里的光子和自旋的電子發(fā)生了關(guān)聯(lián)。這項研究解決了量子物理學領(lǐng)域老大難問題——如何遠距離傳輸“糾纏”的粒子。
量子糾纏是兩個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，如果兩個電子發(fā)生了糾纏，它們的自旋方向也會發(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距離直接發(fā)生“對話”，不過光子卻可以。因此，科學家可以先讓光子和電子發(fā)生所謂的“量子關(guān)聯(lián)”，這樣光子就可充當信使的作用，傳達電子的自旋信息。
為實現(xiàn)這一目的，余利奧團隊需要保證光子和電子在長距離傳輸中一直保持關(guān)聯(lián)，這是個很關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，因為光子在光纖電纜中傳輸時有改變方向的傾向。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)計了一種時間戳來將光子的到達時間與電子自旋發(fā)生關(guān)聯(lián)，這可以為每個光子提供參考信息來確認它與哪個電子相互關(guān)聯(lián)。
為最終讓兩個從未謀面的電子在遠距離發(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，讓它們在中間的分束器中匯合并互動，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有不同的顏色或波長等，而波長不同的光子無法互相干涉。為克服這個困難，科研人員在光子傳輸前，讓其通過量子降頻變換器使波長達到一致，最終成功地讓光子為相距1.2英里的電子捎上了信兒。
“這項工作可為未來在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)高度安全傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)做鋪墊。”余利奧補充道，與傳統(tǒng)計算機相比，量子超級計算機的速度將實現(xiàn)指數(shù)級的飛躍，而他們的研究也讓量子計算機離現(xiàn)實更近了一步。
總編輯圈點
電子的自旋特性讓它成為了能裝載復雜信息的貨箱，但要把自旋電子器件應(yīng)用于量子計算機，還需要一位運貨的“車夫”?，F(xiàn)在科學家讓光子很好地擔起了這個責任。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)驗之間的差異有多大，也為開啟超快量子計算、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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