研究人员利用光子混合纠缠提高嘈杂条件下的传送质量 实现近乎完美的状态转移

研究人员利用光子混合纠缠提高嘈杂条件下的传送质量实现近乎完美的状态转移访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN芬兰图尔库大学和中国科技大学（合肥）的研究人员现在提出了一种理论设想，并进行了相应的实验来克服这一问题。换句话说，尽管存在噪声，新方法仍能实现高质量的远程传输。图尔库大学的JyrkiPiilo教授说："这项工作的基础是，在运行远距传输协议之前，将纠缠分发到所使用的量子比特之外，即利用不同物理自由度之间的混合纠缠。"传统上，光子的偏振被用于远距离传输中的量子比特纠缠，而目前的方法则利用了光子的偏振和频率之间的混合纠缠。Piilo介绍说："这使得噪声对协议的影响发生了重大变化，事实上，我们的发现扭转了噪声的作用，使其从对远程传输有害变为有利。"在存在噪声的传统量子比特纠缠情况下，远距传输协议不起作用。在最初存在混合纠缠且没有噪声的情况下，远距传输也不起作用。奥利-西尔塔宁博士（OlliSiltanen）的博士论文介绍了当前研究的理论部分。尽管在使用光子进行远距传物时存在某种噪声，但这一发现几乎实现了理想的远距传物。中国科技大学的李传锋教授说："虽然我们在实验室里用光子做了许多量子物理不同方面的实验，但看到这个极具挑战性的远距传物实验成功完成，我们感到非常激动，也很有成就感。这是在最重要的量子协议背景下进行的一次重要的原理验证实验。"远距传输在传输量子信息等方面有着重要的应用，因此最重要的是要有办法保护这种传输不受噪声影响，并可用于其他量子应用。目前的研究成果可被视为基础研究，具有重要的基础意义，并为未来将该方法扩展到一般类型的噪声源和其他量子协议的工作开辟了引人入胜的途径。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430199.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430199.htm

量子技术的突破：新方法保护信息不受退相干和泄密影响

量子技术的突破：新方法保护信息不受退相干和泄密影响开放式量子系统和非赫米特拓扑学的图解资料来源：JoseLado,Aalto大学。通常情况下，将像量子计算机这样的系统与环境相连会导致退相干和信息泄露，损害系统内的数据。然而，研究人员已经设计出一种技术，将这一问题转化为一种有益的解决方案。这项研究是由阿尔托博士研究员陈光泽在何塞-拉多教授的指导下，与来自清华大学计算机研究所的宋飞合作进行的。他们的方法结合了两个领域的技术，量子多体物理学和非赫米特量子物理学。防范退相干和泄密量子系统中最令人好奇和强大的现象之一是多体量子关联。理解这些现象并预测其行为是至关重要的，因为它们是量子计算机和量子传感器的关键部件的奇异特性的基础。虽然在预测物质与其环境隔离时的量子关联方面已经取得了很多进展，但当物质与其环境耦合时，科学家们至今仍无法做到这一点。在新的研究中，研究小组表明，在适当的情况下，将一个量子设备与外部系统连接起来可以成为一种优势。当一个量子设备是所谓的非赫米特拓扑结构的宿主时，它会导致强大的保护性量子激发，其弹性源于它们对环境开放这一事实。这些开放的量子系统有可能为量子技术带来颠覆性的新策略，利用外部耦合来保护信息免受退相干和泄露。从理想化条件到现实世界这项研究建立了一种新的理论方法，计算量子粒子与环境耦合时的相关性。"我们开发的方法使我们能够解决同时呈现耗散和量子多体相互作用的相关量子问题。"陈说："作为一个概念证明，我们为具有24个相互作用的量子比特的系统演示了该方法，这些量子比特具有拓扑激发的特点。"拉多教授解释说，他们的方法将有助于将量子研究从理想化条件转向现实世界的应用。"预测相关量子物质的行为是量子材料和设备的理论设计的关键问题之一。然而，当考虑到量子系统与外部环境耦合的现实情况时，这个问题的难度变得更大。他说："我们的结果代表了在解决这个问题上的一个进步，为理解和预测量子技术中现实条件下的量子材料和设备提供了一种方法。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355021.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355021.htm

MPQ团队利用单个铷原子产生了数量破纪录的量子纠缠光子簇

MPQ团队利用单个铷原子产生了数量破纪录的量子纠缠光子簇在2022年8月24日发表于《自然》杂志上的一篇文章中，来自马克斯·普朗克量子光学研究所（MPQ）的一支团队，详细介绍了一种高效驱动光量子纠缠的新方法。虽然听起来有些违反直觉，但数十年来的量子实验已经充分证明——无论相距多远，改变其中一个结对粒子的状态、就会同步改变另一粒子的状态。一个铷原子被困在一个由两个高反射镜组成的光学谐振器中（渲染图，来自：MPQ）受量子纠缠现象的启发，近年来已有大量团队投入新兴商业技术的开发。真空状态下的光学谐振器，单个铷原子被困于支架内的锥形镜之间。以量子计算器为例，其中纠缠的例子，就可用于存储和存储信息的量子比特。研究配图1-实验设置/协议概述为实现最佳效果，量子计算机需要用到能够产生大量粒子、并将之纠缠到一起的装置，但这显然并非易事。研究配图2-GHz状态好消息是，MPQ研究人员找到了一种更可靠的量子纠缠方法，并成功地将14个光子纠缠到了一起——这也是迄今为止规模最喜人的“光子簇”。研究配图3-集簇状态具体说来是，研究团队从单独的铷原子开始上手，将它困在一个以特定模式反射电磁波的光学腔中。当被特定频率的激光击中时，原子就被赋予了准备就绪的给定特定。研究配图4-测得N光子重合率接着研究人员向它发射另一调制脉冲，以使原子发射一个与它纠缠的光子。通过重复该过程，原子便可在每个光子发射之间旋转，直到产生一整条相互纠缠的“光子链”。扩展数据图1-详细的实验序列更棒的是，该过程较现有技术的效率更加出众——产生光子的时间占比超过43%，近乎每两次光脉冲就能产生一个光子。扩展数据图2-奇偶性振荡尽管对于长期关注量子纪录的朋友们来说，14个纠缠量子可能听起来不算多——毕竟此前科学家已设法通过气体实验、实现了数万亿个原子的纠缠——但此类系统并不适用于量子计算机或量子通信。扩展数据图3-发射器的相干特性相比之下，通过常规技术手段产生的光子，其量子应用也要简单得多。更何况这项新技术颇具效率优势，意味着后续能够轻松扩展光子的产量。下一步，MPQ团队计划开展至少利用两个原子的新实验。扩展数据图4-vSTIRAP过程引发的失真最后，有关这项研究的详情，已发表于近日出版的《Nature》期刊上，原标题为《Efficientgenerationofentangledmultiphotongraphstatesfromasingleatom》。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309989.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309989.htm

纠缠增强传感技术为先进量子传感器的研发和进步打下了基础

纠缠增强传感技术为先进量子传感器的研发和进步打下了基础因斯布鲁克物理学家将链中的所有粒子相互纠缠，产生了所谓的挤压量子态。资料来源：StevenBurrows和雷伊小组/JILA现在，由克里斯蒂安-罗斯（ChristianRoos）领导的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）的科学家们展示了如何利用产生纠缠的特殊方法来进一步提高光学原子钟功能不可或缺的测量精度。"量子系统的观测总是受到一定统计不确定性的影响。"ChristianRoos团队的JohannesFranke解释说："这是量子世界的本质决定的。"纠缠可以帮助我们减少这些误差"。在美国博尔德JILA理论家安娜-玛丽亚-雷伊的支持下，因斯布鲁克的物理学家们在实验室里对纠缠粒子集合的测量精度进行了测试。研究人员使用激光来调节排列在真空室中的离子之间的相互作用，并将它们纠缠在一起。"相邻粒子之间的相互作用会随着粒子间距离的增加而减弱。因此，我们利用自旋交换相互作用，让系统表现得更有集体性，"因斯布鲁克大学理论物理系的拉斐尔-考布吕格尔解释说。因此，链中的所有粒子都相互纠缠，产生了所谓的挤压量子态。物理学家以此证明，通过将51个离子与单个粒子纠缠在一起，测量误差大约可以减半。在此之前，纠缠增强传感主要依赖于无限的相互作用，这就限制了它只适用于某些量子平台。"因斯布鲁克量子物理学家通过实验证明，量子纠缠使传感器更加灵敏。"克里斯蒂安-罗斯说："我们在实验中使用了一种光学转变，原子钟也采用了这种转变。这项技术可以改善目前使用原子钟的领域，如卫星导航或数据传输。此外，这些先进的时钟还能为寻找暗物质或确定基本常数的时间变化等研究提供新的可能性。"克里斯蒂安-罗斯和他的团队现在希望在二维离子群中测试这种新方法。目前的研究成果发表在《自然》（Nature）杂志上。在同一期杂志上，研究人员利用中性原子发表了非常相似的结果。在因斯布鲁克进行的研究得到了奥地利科学基金FWF和奥地利蒂罗尔工业联合会等机构的资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380631.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380631.htm

量子技术新突破：在大都市范围内实现破纪录的量子瞬移

量子技术新突破：在大都市范围内实现破纪录的量子瞬移量子远距传态利用量子纠缠和经典通信将量子信息传输到遥远的地方。这一概念已在各种量子光系统中实现，包括从实验室实验到实际的现实世界测试。值得注意的是，通过利用低地轨道Micius卫星，科学家已经成功地将量子信息传送到超过1200千米的距离。然而，目前还没有一种量子传输系统的传输速率能达到赫兹数量级。这阻碍了量子互联网未来的应用。在发表于《光科学与应用》（LightScience&Application）的一篇论文中，由电子科技大学郭光灿教授和周强教授领导的科学家团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所游力行教授合作，在"电子科技大学第一城量子互联网"的基础上，首次将远距传态速率提高到每秒7.1量子比特。这创下了城域范围内量子传送系统的新纪录。a,传送系统鸟瞰图。爱丽丝'A'位于网络交换室，鲍勃'B'和查理'C'分别位于两个不同的实验室。连接三个节点的所有光纤都属于UESTC主干网。在实验过程中，只有爱丽丝、鲍勃和查理创建的信号通过这些"暗"光纤传输。爱丽丝用弱相干单光子源准备初始状态，并通过量子通道将其发送给查理。鲍勃的纠缠源产生一对纠缠光子，然后通过另一个量子通道将惰光子发送给查理。查理对爱丽丝和鲍勃发送的量子比特进行联合贝尔态测量（BSM），将它们投射到四个贝尔态之一。然后，BSM结果通过经典信道发送给鲍勃，鲍勃对信号光子进行单元（U）变换，以恢复初始状态。"在实验室外演示高速量子瞬移涉及一系列挑战。这项实验展示了如何克服这些挑战，从而为未来的量子互联网树立了一个重要的里程碑，"这项工作的通讯作者周强教授说。现实世界中量子传送系统的主要实验挑战是进行贝尔态测量（BSM）。为了确保量子远传成功并提高贝尔态测量（BSM）的效率，爱丽丝和鲍勃的光子需要在光纤长距离传输后在查理处无法区分。研究小组开发了一个完全运行的反馈系统，实现了光子路径长度差和偏振的快速稳定。另一方面，研究小组使用单根光纤尾端周期性极化的铌酸锂波导来产生纠缠光子对。在此基础上，他们为远距传输系统开发出了一种具有500MHz重复率的高质量量子纠缠光源。红条是使用QST测得的保真度。蓝条是使用DSM获得的保真度。两种方法的保真度都超过了2/3的经典极限，即灰色虚线。这种基于量子光学的高速量子传送需要最灵敏的光子传感器，以便收集尽可能多的事件。游力行教授领导的团队与光子技术有限公司的同事一起，为这项实验提供了高性能的超导纳米线单光子探测器。由于探测器效率极高且几乎没有噪声，因此实现了高效率的BSM和量子态分析。研究团队采用量子态层析和诱饵态两种方法计算了远传保真度，远高于经典极限（66.7%），证实了高速城域量子远传已经实现。未来，"中国电子科技大学一号城域量子互联网"有望结合集成量子光源、量子中继器和量子信息节点，发展"高速、高保真、多用户、远距离"的量子互联网基础设施。该团队还预测，这一基础设施将进一步推动量子互联网的实际应用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391145.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391145.htm

揭开量子世界的神秘面纱：科学家实时捕捉光子的量子纠缠

揭开量子世界的神秘面纱：科学家实时捕捉光子的量子纠缠一项基于先进照相技术的新技术展示了一种快速高效地重建纠缠粒子完整量子态的方法。渥太华大学的研究人员与罗马萨皮恩扎大学的达尼洛-齐亚（DaniloZia）和法比奥-斯基亚里诺（FabioSciarrino）合作，最近展示了一种新技术，能够实时可视化两个纠缠光子（构成光的基本粒子）的波函数。用一双鞋作比喻，纠缠的概念可以比作随机选择一只鞋。当你辨认出一只鞋子的那一刻，另一只鞋子的性质（是左鞋还是右鞋）就会立刻被分辨出来，而不管它在宇宙中的位置如何。然而，耐人寻味的是，在观察的确切时刻之前，与识别过程相关的固有不确定性。波函数是量子力学的核心原理，它提供了对粒子量子态的全面理解。例如，在鞋子的例子中，鞋子的"波函数"可以携带左右、大小、颜色等信息。更准确地说，波函数能让量子科学家预测对量子实体进行各种测量的可能结果，如位置、速度等。照片（从左到右）：AlessioD'Errico博士、EbrahimKarimi博士和NazaninDehghan。图片来源：渥太华大学这种预测能力非常宝贵，尤其是在飞速发展的量子技术领域，了解量子计算机产生或输入的量子态，将使我们能够测试计算机本身。此外，量子计算中使用的量子态极其复杂，涉及许多可能表现出强非局部相关性（纠缠）的实体。了解这样一个量子系统的波函数是一项极具挑战性的任务--这也被称为量子态层析成像或量子层析成像。采用标准方法（基于所谓的投影运算）进行全面层析需要大量测量，而测量次数会随着系统复杂度（维度）的增加而迅速增加。该研究小组以前用这种方法进行的实验表明，表征或测量两个纠缠光子的高维量子态可能需要几个小时甚至几天的时间。此外，结果的质量对噪声非常敏感，并取决于实验装置的复杂程度。量子层析成像的投影测量方法可以理解为观察从独立方向投射到不同墙壁上的高维物体的影子。研究人员所能看到的只是这些阴影，而从这些阴影中，他们可以推断出整个物体的形状（状态）。例如，在CT扫描（计算机断层扫描）中，可以从一组二维图像中重建三维物体的信息。不过，在经典光学中，还有另一种重建三维物体的方法。这种方法被称为数字全息术，其基础是通过将物体散射的光与参考光进行干涉而获得的单幅图像，即干涉图。由加拿大结构量子波研究主席、渥太华量子技术联合研究所（NexQT）联合主任、理学院副教授EbrahimKarimi领导的研究小组将这一概念扩展到了双光子的情况。重构双光子态需要将其与假定的众所周知的量子态叠加，然后分析两个光子同时到达的位置的空间分布。对同时到达的两个光子进行成像被称为巧合成像。这些光子可能来自参考源，也可能来自未知源。量子力学指出，光子的来源无法确定。这就产生了一种干涉模式，可用于重建未知波函数。先进的照相机能以纳秒（1,000,000,000秒）的分辨率记录每个像素上的事件，使这项实验成为可能。论文共同作者之一、渥太华大学博士后AlessioD'Errico博士强调了这一创新方法的巨大优势："这种方法比以前的技术快了数倍，只需要几分钟或几秒钟，而不是几天。重要的是，检测时间不受系统复杂性的影响--这是解决投影层析成像中长期存在的可扩展性难题的一种方法。"这项研究的影响不仅限于学术界。它有可能加速量子技术的进步，如改进量子态表征、量子通信和开发新的量子成像技术。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387125.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387125.htm