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量子力学中的“单相思”

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:7

    量子力学中的“单相思”

    图片来源:孙凯/中国科学技术大学

    量子纠缠是我们最熟悉的一种量子“非局域性”:两个相互纠缠的粒子不管彼此之间相距多远,似乎都能够瞬时影响对方的状态。不过除了简单的量子纠缠外,量子关联还能引起很多其他的非局域效应,其中有很多效应还没有被物理学家完全理解。这次,两个独立的研究小组成功实现了其中一个效应,被称作单向量子导引((one-way quantum steering)),这一研究成果很有潜力作为下一代量子信息传输协议的基础。

    量子导引描述了一对纠缠的粒子,一方(Alice)通过测量其中一个粒子,对远处另一方(Bob)的另一个粒子的状态实现了“导引”的现象。根据这个理论,导引是可以有方向性的:Alice可以导引Bob但反之却不行。之前的实验暗示了这种可能性,但只适用于一些受限制的光量子测量。中国科学技术大学李传锋的团队和澳大利亚格里菲斯大学Geoff Pryde的团队如今通过实验证明了普通量子测量的单向导引确实存在。

    在理论的指导下,两个研究小组不但设计了用于导引的最理想的双光子纠缠态,而且发展出用于检测导引的新方法——通过验证纠缠双方的关系是否满足某一不等关系。通过相似的实验装置,他们使粒子处于一种单向导引态(Alice可以控制Bob,反之却不行)。格里菲思大学的实验团队证明了这种单向导引即使在测量次数任意大时也能出现。在单靠量子纠缠不能满足需求时,这种非对称导引可以实现量子密匙分配。举个例子:如果一个组织中的一员不信任她自己的设备,这时在单向情况下采用量子纠缠验证的方法是没有用处的。

    撰文:Matteo Rini

    翻译:王 乐

    审校:张奕林

    原文链接:

    https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.160403

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