维数超过680亿也不在话下：开发出测量“量子纠缠”的实用方法！

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维数超过680亿也不在话下：开发出测量“量子纠缠”的实用方法！

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天文物理 1 week ago


罗切斯特理工学院的科学家开发了一种量化纠缠的新技术，该技术对开发计算、模拟、安全通信等领域的下一代技术具有重要意义。并在《自然通讯》期刊上发表，报告了测量纠缠的新方法。当两个量子粒子（如光子、电子或原子）发生纠缠时，它们具有特殊的相关性，即使这些粒子相隔很远，也会在测量中显示出来。这一独特的特性只能通过量子力学来解释，这也是作为许多量子技术的核心。

                               
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量子纠缠是一种可用于完成重要任务的资源，如量子计算或安全通信。两个纠缠量子粒子可以产生一把牢不可破的钥匙，用来相互发送信息，这样一来，如果某些第三方截获了信息，根据物理定律，他们是不可能解码信息的。随着量子技术变得越来越复杂，用户将需要一种方法来计算在给定系统中存在多少量子纠缠。对于这项研究中的系统纠缠光子对，新技术需要的测量比以前的方法少一百万倍。由于这项技术是基于信息论，测量技术还有一个额外的好处，那就是永远不会高估系统中的纠缠度。事实证明，这是至关重要的，因为这意味着我们永远不会意外地告诉你，你拥有的资源比你实际拥有的更多。

                               
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这对于诸如安全通信之类的东西尤其重要，在这种情况下，你避免对手截取消息。纠缠是量子信息处理的核心，是一种强大而神秘的资源，它在计算、模拟、安全通信和计量方面的能力超出了经典设备。精确地量化一个未知系统的纠缠需要完全确定其量子态，这一任务甚至需要对中等大小的系统进行大量难以处理的测量。在新研究，演示了一种从极其有限数据严格量化高维纠缠的方法。

                               
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通过自适应，多级采样程序改进了一个熵，定量的纠缠见证直接操作压缩实验数据获得。只需要6456次测量就可以证明形成缠结为7.11±。两个空间纠缠光子共享04位元。希尔伯特空间的维数超过680亿，需要的测量值是未压缩方法的2000万倍，是层析成像的1018倍。新技术提供了一个通用的方法，量化纠缠在任何大量子系统中共享的双方。

博科园｜研究/来自：罗彻斯特理工学院

参考期刊《自然通讯》

DOI: 10.1038/s41467-019-10810-z James