物理学家实现分子的量子纠缠

物理学家实现分子的量子纠缠物理学家首次实现了对分子的量子纠缠。这一突破可能有助于推动量子计算的实用化。论文发表在《科学》期刊上。实现可控的量子纠缠一直是一大挑战，这次实验之前分子的可控量子纠缠一直无法实现。普林斯顿大学的物理学家找到了方法控制单个分子诱导其进入到互锁量子态。研究人员相信相比原子，分子具有优势，更适合量子信息处理和复杂材料量子模拟等应用。相比原子，分子有更多的量子自由度，能以新方式交互。论文合作者YukaiLu指出这意味着存储和处理量子信息的新方法。来源，，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

量子场论的预测首次在实验中得到证实

量子场论的预测首次在实验中得到证实研究人员获得的温度曲线显示，与环境相互作用强烈的粒子是"热"粒子（红色），相互作用较弱的粒子是"冷"粒子（蓝色）。因此，在粒子间相互作用强烈的地方，纠缠程度就大。资料来源：HeleneHainzer目前发表在《自然》杂志上的这篇论文的第一作者之一克里斯蒂安-科凯尔（ChristianKokail）强调说："许多粒子的纠缠是与众不同的特征。但与此同时，这也很难确定"。由因斯布鲁克大学和奥地利科学院量子光学与量子信息研究所（IQOQI）的彼得-佐勒（PeterZoller）领导的研究人员现在提供了一种新方法，可以显著改善对量子材料中纠缠的研究和理解。为了描述大型量子系统并从中提取有关现有纠缠的信息，完成之前层被认为不可能完成的大量测量。理论物理学家里克-范比南（RickvanBijnen）解释说："我们已经开发出一种更有效的描述方法，使我们能够以大幅减少的测量次数从系统中提取纠缠信息。"离子阱量子模拟器的进步在带有51个粒子的离子阱量子模拟器中，科学家们通过逐个粒子再现真实材料，并在受控实验室环境中对其进行研究。世界上很少有研究小组能像克里斯蒂安-罗斯（ChristianRoos）和莱纳-布拉特（RainerBlatt）领导的因斯布鲁克实验物理学家小组那样，对如此多的粒子进行必要的控制。"我们面临的主要技术挑战是如何在控制陷阱中51个离子的同时保持低误差率，并确保单个量子比特控制和读出的可行性，"实验员ManojJoshi解释说。在这一过程中，科学家们首次在实验中看到了以前只在理论上描述过的效应。"在这里，我们将过去多年来共同研究出的知识和方法结合在了一起。"克里斯蒂安-科凯尔（ChristianKokail）最近加入了哈佛大学理论原子分子和光学物理研究所。温度曲线：一条新捷径在量子材料中，粒子或多或少会发生强纠缠。对强纠缠粒子进行测量只会产生随机结果。如果测量结果波动很大，即纯粹随机，那么科学家将其称为"热"。如果某种结果的概率增大，则是"冷"量子对象。只有对所有纠缠对象进行测量，才能揭示确切的状态。在由非常多粒子组成的系统中，测量的工作量会大大增加。量子场论已经预言，由许多纠缠粒子组成的系统的子区域可以被赋予一个温度曲线。这些温度曲线可用于推导粒子的纠缠程度。在因斯布鲁克量子模拟器中，这些温度曲线是通过计算机与量子系统之间的反馈回路确定的，计算机不断生成新的曲线，并将其与实验中的实际测量结果进行比较。研究人员获得的温度曲线显示，与环境相互作用强烈的粒子是"热"的，而相互作用很少的粒子是"冷"的。克里斯蒂安-科凯尔说："这完全符合人们的预期，即在粒子间相互作用强烈的地方，纠缠特别大。"量子物理学的新视野"我们开发的方法为研究相关量子物质中的大规模纠缠提供了强大的工具。这为利用当今已有的量子模拟器研究一类新的物理现象打开了大门，"量子设计大师彼得-佐勒（PeterZoller）说。"使用经典计算机，这种模拟已经无法通过合理的努力来计算了"。在因斯布鲁克开发的方法还将用于在此类平台上测试新理论。相关成果已发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401279.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401279.htm

BNL物理学家发现了一种全新的量子纠缠类型

BNL物理学家发现了一种全新的量子纠缠类型一对粒子可以变得如此相互纠缠，以至于无论它们之间的距离有多远，都不能脱离另一个来描述。更奇怪的是，改变一个粒子会立即引发其伙伴的变化，即使它在宇宙的另一端。这个被称为量子纠缠的想法对我们来说是不可能的，因为我们是在经典物理学的领域里。甚至爱因斯坦也对此感到不安，将其称为"远距离的幽灵行动"。然而，几十年来的实验一直支持它，它构成了量子计算机和网络等新兴技术的基础。通常情况下，对量子纠缠的观察是在性质相同的一对光子或电子之间进行的。但现在，BNL团队首次检测到了一对正在进行量子纠缠的不同粒子。这一发现是在布鲁克海文实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）中进行的，该对撞机通过加速和粉碎金离子来探测早期宇宙中存在的物质形式。但研究小组发现，即使在离子没有碰撞的情况下，也有很多东西可以从近距离的碰撞中学习。布鲁克海文实验室相对论重离子对撞机中的探测器，在这里发现了一种新型的量子纠缠加速的金离子被小的光子云所包围，当两个离子相互靠近时，其中一个的光子可以捕捉到另一个内部结构的图像，比以往任何时候都更详细。这一点对物理学家来说就足够吸引人了，但这只能发生在一种前所未有的量子纠缠形式下。光子与每个离子核内的基本粒子相互作用，引发了一个级联，最终产生了一对叫做"离子"的粒子，一个是正的，一个是负的。正如你可能记得的高中物理，一些粒子也可以被描述为波，在这种情况下，来自两个负离子的波相互加强，而来自两个正离子的波则相互加强。这推动了研究人员打造出只有一个正离子和一个负离子的波函数撞击检测器。这表明每一对正负离子都是相互纠缠在一起的。该团队说，如果它们不是这样，撞击探测器的波函数将是完全随机的。因此，这是首次探测到不同粒子的量子纠缠。一张图说明了新发现的量子纠缠类型是如何被检测到的。黄色的圆圈是金离子，蓝色和粉色的圆圈分别是正离子和负离子。来自每个离子的电波加强了来自另一个离子的相同离子的电波，因此它们以两个强烈的信号击中了检测器，在图像的顶部被视为蓝色和粉红色电波的集中。这只有在来自每个离子的正负离子以一种以前未曾见过的形式进行量子纠缠时才能起作用。说明新发现的量子纠缠类型是如何被检测到的图表。黄色的圆圈是金离子，蓝色和粉红色的圆圈分别是正离子和负离子。来自每个离子的电波加强了来自另一个离子的同一质子的电波，因此它们以两个强烈的信号击中了检测器，在图像的顶部被视为蓝色和粉红色电波的集中。这只有在每个离子的正负离子是量子纠缠的情况下才能起作用，其形式是以前没有见过的。图像来源/布鲁克海文国家实验室"我们测量两个流出的粒子，显然它们携带的电荷是不同的，证明它们是不同的粒子，但是我们又看到了干扰模式，表明这些粒子是纠缠在一起的，或者说是彼此同步的，尽管它们是可区分的粒子，"该研究的作者ZhangbuXu说。除了扩大我们对量子物理学的理解外，这一发现还能带来新的技术，比如该团队一直在使用的窥视金离子核内部的方法。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337873.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337873.htm

打破二进制：物理学家将两个量子数字完全纠缠在一起

打破二进制：物理学家将两个量子数字完全纠缠在一起真空室今天的量子计算机是从二进制系统中产生的，但编码其量子比特（qubits）的物理系统也有能力编码量子数字（qudits）。这一点最近由因斯布鲁克大学实验物理系的马丁-林鲍尔领导的团队所证明。据苏黎世联邦理工学院的实验物理学家PavelHrmo称："基于量子比特的量子计算机所面临的挑战是在高维信息载体之间有效地创建纠缠。"在2023年4月19日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，因斯布鲁克大学的团队现在报告，两个量子比特如何能够以前所未有的性能相互完全纠缠，为更高效和强大的量子计算机铺平道路。像量子计算机一样思考数字9的例子表明，虽然人类能够一步到位地计算出9×9=81，但经典计算机（或计算器）必须算1001×1001，在幕后进行许多步的二进制乘法，才能在屏幕上显示81。在经典的情况下，我们可以承受这样做，但在量子世界中，计算对噪声和外部干扰本质上是敏感的，我们需要减少所需的操作数量，以充分利用现有的量子计算机。对于量子计算机上的任何计算来说，至关重要的是量子纠缠。纠缠是独特的量子特征之一，它支撑着量子在某些任务中大大超过经典计算机的潜力。然而，利用这种潜力需要产生稳健和准确的高维纠缠。量子系统的自然语言因斯布鲁克大学的研究人员现在能够完全纠缠两个量子，每个量子都被编码在单个钙离子的多达5个状态中。这给理论和实验物理学家提供了一个新的工具来超越二进制信息处理，这可能导致更快和更强大的量子计算机。马丁-林鲍尔解释说："量子系统有许多可用的状态，等待着被用于量子计算，而不是限制他们与量子比特一起工作。当今许多最具挑战性的问题，在化学、物理学或优化等不同领域，都可以从量子计算这种更自然的语言中受益。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356777.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356777.htm

科学的尽头是玄学？量子纠缠成像惊现太极图

科学的尽头是玄学？量子纠缠成像惊现太极图网友调侃：-现在才知道太极图，我们老祖宗早知道了-果然科学的尽头是玄学啊这次研究人员通过干涉方式，找到了一种重建相关双光子态空间结构的新方法。他们表示新方法比以前的技术快得多，原先需要几天，现在只需要几分钟。其实，早在2019年的《科学·进展》中，英国格拉斯哥大学的物理学家保罗-安托万·莫罗（Paul-AntoineMoreau）带领团队就公布了首次拍摄到量子纠缠的照片。不过当时成像比较模糊，如同两轮弯月。据了解，在量子力学中，两个相互作用的粒子，无论相隔多远（理论上这个距离可以比银河系直径还大），其量子状态仍能“纠缠”在一起，共享同一个整体的物理状态。这种超距的量子关联被称为量子纠缠，也被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379231.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379231.htm

用于中子实验和量子信息科学的先进钻石传感器

用于中子实验和量子信息科学的先进钻石传感器艺术家的渲染图说明了贝克小组将开发的氮空隙钻石传感器。内部网格线代表了激光在钻石内的路径--进入的光束（较粗的红线）在钻石传感器内反复反射，直到它遇到切角出现（较细的红线）。图片由YasmineSteele为伊利诺伊州物理学提供。资料来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的核物理小组正在寻找中子的新物理学证据，中子是电中性粒子，通过一种称为强力的相互作用将原子核固定在一起。教师和研究人员正在参加橡树岭国家实验室的nEDM实验，该实验将测量中子的电偶极矩，这一特性使中子尽管是中性的，但却能与电场相互作用。一个精确的测量将约束扩展当前粒子物理学标准模型的理论。为了实现这一目标，研究人员必须准确地测量非常强的电场的微妙变化。物理学教授道格拉斯-贝克（DouglasBeck）获得了能源部的资助，以开发基于氮空穴金刚石的传感器，这种材料在低温下的量子特性使其对电场异常敏感。他的研究小组已经表明，这种材料可以测量强电场，该奖项将使研究人员能够构建准备用于nEDM实验的传感器。此外，该材料的量子特性使其成为量子信息科学的一个有希望的候选者。研究人员还将探索这些潜在的应用。贝克解释说，化学上添加的氮空位（或NV）杂质使钻石具有不寻常的电场敏感性。这些杂质是带有一个额外的氮原子和一个空洞[或空位]的区域，而这些空位通常是在碳原子的位置。当材料被冷却到绝对零度以上不到20度时，这些杂质形成一个对电场有反应的量子系统。这是一个相当不寻常的特性，因为没有多少系统对电场有反应，这使得NV钻石变得特别。当NV系统在特定的量子状态下被制备时，它可以变得更加敏感。研究人员在冷却该系统后，没有让它停留在最低的能量状态，而是形成了一个最低和次低能量状态的量子叠加，称为暗态，因为它不与光相互作用而得名。"在某种意义上，这个名字是为了暗示它对与环境的相互作用具有免疫力，"贝克说。"因为它的寿命很长，它有着非常鲜明的能量，非常准确地告诉我们电场有多大。"贝克的研究小组已经证明，这种现象使NV钻石能够测量强电场，该奖项将使研究人员能够在此基础上开发可靠、坚固的传感器。这将涉及到将传感器包装成易于与用于控制它们的激光器连接的单元，并将背景噪音的影响降至最低。贝克说，他们还在研究一种叫做动态解耦的量子技术，这将使他们能够有效地扭转实验不完善的影响。这将使已经很精确的电场测量变得更加精确。该研究的另一个目标是探索在量子信息科学中使用NV钻石的建议。暗态的长寿命和对环境噪声的弹性使它成为一个有前途的量子传感和量子存储器的平台。许多这样的应用取决于将量子系统置于拥有海森堡原理所允许的最小不确定性的挤压状态，目前已经有几个关于在NV钻石中创造挤压态的建议，贝克的小组将调查其可行性。这项工作将得到能源部核物理项目中的量子地平线计划三年内65万美元的支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359593.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359593.htm