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量子光学

量子光学

古典载体可能会造成纠缠

从A到B:交换状态而不会纠缠

可以使用非纠缠或经典信息载体来实现两个远方之间的量子纠缠。这是三个独立的物理学家团队的结论,他们完成了量子光学实验,以支持他们的主张。

纠缠是一种纯粹的量子力学现象,它使两个粒子(例如光子或电子)具有比经典物理学所预测的更紧密的关系。多年来,它在创建量子信息系统(例如量子密码学)中发挥了核心作用。

在大多数量子密码学协议中,有两个方面–通常称为爱丽丝和鲍勃–希望使用一种光源来安全地交换信息,该光源会产生成对的光子,这些光子的偏振态相互纠缠。虽然爱丽丝对一系列光子的极化进行的任何测量都是随机的,但鲍勃’的结果将与她的结果相关。这意味着当逐个光子进行比较时,爱丽丝和鲍勃’s个光子可能具有相同的极化。

创建这样的系统的物理学家面临的一个重要挑战是“decoherence” –量子系统与其周围环境相互作用时发生的纠缠破坏。为了避免这种情况,研究人员通常会尝试使纠缠的系统与环境完全隔离,这可能是一项艰巨的任务。

可分离状态

现在,研究成果发表在三篇独立的论文中 体检信 提出了另一种令人惊讶的方案,用于保留量子密码学中的纠缠–使用本身不会纠缠的信息载体。

实验利用了可分离态,它们是显示出一定相关性但不会纠缠的量子态。这些状态是 于1989年首次定义 试图了解纠缠态精确性质的物理学家。在这种情况下,爱丽丝将光子沿特定方向(例如垂直)极化,然后使用经典的通信方法(例如电话)告诉鲍勃将光子沿另一个方向(例如水平)极化。爱丽丝和鲍勃’s的光子是可分离的状态,因此得出的结论是它们没有纠缠。然而, 在2003年 当时位于德国马克斯·普朗克量子光学研究所的Toby Cubitt及其同事计算得出,在某些情况下, 可分离状态可用于分布纠缠.

经典携带

现在, 亚历山德罗·费德里兹(Alessandro Fedrizzi) 澳大利亚昆士兰大学的同事 在实验室中证实了这一点。他们的实验始于爱丽丝和鲍勃共享一对纠缠的光子(A和B)。然后,通过引入其他随机状态来破坏这种纠缠。这有效地使A和B处于可分离状态,因为它们仍然携带不同的相关性,但不再纠缠在一起。也是可分离状态的第三光子C用作载体。然后,爱丽丝通过量子门发送A和C。这会导致A和B发生干扰,从而在它们之间创建另一个关联(但不会造成纠缠)。然后,C被发送给Bob,后者将其与B结合在一起。

令人惊讶的结果是,即使C和C从未相互纠缠,A和B却纠缠在一起。相反,C只是在传达纠缠。研究人员还说“与可分离的载波分布纠缠可抵抗噪声,在某些情况下,它成为在嘈杂的环境中分布纠缠的唯一方法”.

不确定状态

第二组要做的 沿着相似的路线 包括 克里斯蒂安·彭廷格 德国马克斯·普朗克光科学研究所的同事。彭廷格’的团队在其两个光束(A和C)中的光子振幅和相位之间应用了海森堡不确定性关系。然后,C再一次将纠缠的信息传递给B,但它本身从未与A或B纠缠在一起。研究人员说,他们的结果“强调了纠缠之外的量子相关性在建立基本量子信息资源中的效用,并验证了通过经典和可分离的双重量子通信进行量子分布的可能性”.

隐藏的国家

克里斯蒂娜·沃尔默(Christina Vollmer), 罗曼·施纳贝尔 德国阿尔伯特·爱因斯坦研究所的同事和同事是第三组 非常相似的协议。唯一的区别是它们以纠缠状态开始,而纠缠状态是通过将系统的一部分与外部环境混合而隐藏起来的。

所有这三篇论文都表明,未纠缠的可分离状态可用于携带纠缠状态。该技术在涉及两个以上参与者的量子通信系统中可能特别有用,同时还可以用作更好地了解纠缠及其对噪声和经典通信的响应的工具。

三篇论文全部发表在 体检信.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者