??參考消息網(wǎng)9月16日報道 據(jù)西班牙《趣味》月刊網(wǎng)站9月14日報道，當(dāng)愛因斯坦面對量子力學(xué)的奧秘時，他毫不掩飾自己的困惑。他將糾纏現(xiàn)象稱為“幽靈般的超距作用”，并質(zhì)疑這種現(xiàn)象能否完整描述現(xiàn)實。如今，這個曾令二十世紀(jì)最著名物理學(xué)家感到困惑的概念再次成為一項突破性實驗的核心。該實驗拓展了光與信息應(yīng)用的邊界：研究團隊首次在單一步驟中成功識別出三個光子間的特殊糾纏態(tài)。

??這一里程碑不僅具有理論價值，更為更強大的量子技術(shù)(例如信息隱形傳態(tài)或基于測量的計算)奠定了基礎(chǔ)。這項由京都大學(xué)和廣島大學(xué)團隊完成的突破性成果發(fā)表于美國《科學(xué)進(jìn)展》雜志，提出了一種能夠檢測W態(tài)的量子測量方法——W態(tài)是一種復(fù)雜的多粒子糾纏態(tài)。其測量精度已超越確認(rèn)量子糾纏性質(zhì)所需的閾值。

??在量子力學(xué)中，糾纏是粒子間的一種深層關(guān)聯(lián)，使它們相互連接，并使其個體屬性在分離狀態(tài)下失去獨立意義。當(dāng)涉及兩個以上粒子時，則可能產(chǎn)生不同形式的糾纏。其中最著名的是GHZ態(tài)，而該態(tài)已在實驗中得到驗證。另一種對信息損耗更具耐受性且更難檢測的狀態(tài)就是W態(tài)。

??三個量子比特(例如本實驗中使用的三個光子)構(gòu)成的W態(tài)可以被認(rèn)為是一個系統(tǒng)：其中恰好有一個粒子具有某種特定屬性(例如垂直偏振)，而另外兩個粒子則共享另一種屬性(例如水平偏振)。盡管看似簡單，此類量子態(tài)具有特殊的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)：呈現(xiàn)出循環(huán)置換對稱性，即調(diào)換光子順序不會改變量子態(tài)的本質(zhì)。

??該量子態(tài)對多用戶量子隱形傳態(tài)等前沿應(yīng)用以及某些分布式量子計算方案具有重要意義。然而，迄今尚未實現(xiàn)能明確識別該狀態(tài)的直接測量。

??W態(tài)作為這項日本主導(dǎo)的最新實驗性進(jìn)展的核心，也帶有鮮為人知的西班牙印記。這種特殊的量子糾纏形態(tài)首次由西班牙理論物理學(xué)家伊格納西奧·西拉克等三位科學(xué)家于2000年共同闡明。三人將研究成果發(fā)表于美國《物理評論A》雜志，并在報告中證明“三個量子比特可通過兩種不同的方式實現(xiàn)糾纏”。其中一種形式是當(dāng)時已知的GHZ態(tài)；另一種全新態(tài)則被命名為W態(tài)。

??W態(tài)的特殊優(yōu)勢在于：與GHZ態(tài)不同，即使丟失其中一個量子比特，該態(tài)也不會完全破壞。相反，剩余量子比特仍保持糾纏狀態(tài)。這種抗損傷特性使其成為分布式計算或安全量子通信等實際應(yīng)用的理想候選者，而在這些領(lǐng)域，粒子損失不可避免。

??探測量子糾纏極大地拓展了量子計算與通信的可能性。例如在測量型量子計算領(lǐng)域，信息處理是通過測量糾纏態(tài)實現(xiàn)的，而非采用傳統(tǒng)邏輯門。擁有能夠識別三粒子W態(tài)的探測器，將使許多協(xié)議得以簡化。

??在量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，實現(xiàn)“糾纏交換”的能力關(guān)鍵取決于能否進(jìn)行此類復(fù)雜測量。上述實驗的作者指出，該實驗成果“為多方系統(tǒng)間量子網(wǎng)絡(luò)新協(xié)議的開發(fā)打開了大門”。

??同樣值得關(guān)注的是，作者強調(diào)該方法具有可擴展性：可擴展至三個以上粒子，這對構(gòu)建多節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)或通用量子計算機至關(guān)重要。

??盡管該項實驗取得了成功，但仍存在改進(jìn)空間。理想結(jié)果與觀測結(jié)果間的偏差部分歸因于多重光子對同時發(fā)射、激光脈沖觸發(fā)噪聲以及單個光子間微小差異等因素，這些均可能影響最終結(jié)果的精確度。

??研究團隊正致力于將該方法擴展至多光子系統(tǒng)，并通過集成光子電路實現(xiàn)系統(tǒng)微型化，以推動實際應(yīng)用。事實上，其明確目標(biāo)之一是推動量子芯片的研發(fā)，將此類測量技術(shù)納入基礎(chǔ)架構(gòu)。

??與此同時，這項實驗標(biāo)志著實驗量子物理學(xué)的一個轉(zhuǎn)折點。這不僅因為它能夠驗證迄今無法企及的狀態(tài)，更因其證明了精確可靠地操縱量子信息所需的技術(shù)已不再是遙不可及的夢想。（編譯/劉麗菲）