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量子隐形传送是可能的吗?是

量子隐形传送是可能的吗?是

“Beam me up”是《星际迷航》系列中最著名的台词之一。当主人公希望从所处位置被传送回企业号时,就会这样呼叫母舰。

虽然人类的隐形传态只存在于科幻小说中,但在量子力学的亚原子世界中是可能的,尽管并非电视上通常描绘的方式。 在量子世界中 ,隐形传态涉及信息的传输,而非物质。

去年,科学家证实,即使没有物理接触的光子,信息也可以在计算机芯片上的光子之间传递。

现在,根据罗切斯特大学和普渡大学的最新研究,电子之间也能实现隐形传送。

已有两篇相关论文,分别发表在《自然通讯》和《物理评论X》上。研究人员,包括罗彻斯特物理学助理教授约翰·尼科尔和罗彻斯特物理学教授安德鲁·乔丹,探索了量子力学的新知识:远电子之间的相互作用。这项研究是改进量子计算的重要一步,而量子计算机是未来“答案的一部分”。

远距离奇异作用

量子隐形传态是阿尔伯特·爱因斯坦著名的“超距鬼魂”的例证,后者也被称为量子纠缠。在纠缠中,一个粒子的性质会影响另一个粒子的性质,即使粒子之间相距很远也是如此。 量子隐形传态涉及两个相距遥远的纠缠粒子,第三个粒子和一个纠缠粒子交换信息,使得自身的信息被“传送”给远处的另一个纠缠粒子。注:量子隐形传输是无法超越光速传递信息的,或者说它们也许真的超越了光速,但是只要我们试图去读取这些信息,则超光速传递的信息必然是无意义的。所以我们要想利用这种东西,要么是以光速传递信息——就和无线电波一样,要么就是把它们当做系统,不去管它们具体传递的信息是什么

量子隐形传态是量子计算中传输信息的重要手段。虽然典型的计算机由数十亿个称为位的晶体管组成,但量子计算机将信息编码为量子位qubit。一个位的取值为“0”或“1”,但量子位可以同时为“0”和“1”。单个量子位同时占据多个状态的能力是量子计算机巨大潜力的根基。

科学家最近通过使用电磁光子创建了遥远纠缠的量子位对,证明了量子隐形传态。同时,由单个电子制成的量子位也有望应用在半导体中。

尼科尔说:“单个电子是有前途的量子位,因为它们彼此之间非常容易相互作用,并且半导体中的单电子量子位也是可扩展的。”

纠缠的电子对

为了证明可使用电子进行量子隐形传态,研究人员利用了基于海森堡交换耦合原理的最新技术。单个电子就像条形磁铁,其北极和南极可以向上或向下。极的方向被称为电子的磁矩或量子自旋状态。如果某些种类的粒子具有相同的磁矩,则它们不能同时占据同一位置。即,处于相同量子态的两个电子不能彼此重叠。

研究人员使用该技术分配纠缠的电子对并传送其自旋态。

尼科尔说:“我们提供了纠缠交换的证据,在纠缠交换中,即使粒子从未相互作用,我们也会在两个电子之间产生纠缠,而量子门隐形传态则是使用隐形传态进行量子计算的一种潜在有用技术。我们的工作表明,即使不用光子也可以做到这一点。”

这些结果为涉及所有物质的自旋态而不仅仅是光子的量子远传研究的未来铺平了道路,并为量子电子在量子位半导体中令人惊叹的有用能力提供了更多证据。

更多信息:QiaoHaifeng等,量子点自旋态的条件隐形传态,《自然通讯》(2020年)。DOI:10.1038 / s41467-020-16745-0

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