量子离婚:当纠缠不起作用时

一种称为纠缠猝死的现象可以打破关键的量子连接

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这听起来像是综合格斗比赛中的决胜局:纠缠猝死,或ESD。实际上,这是一种神秘的现象,通过这种现象,纠缠的量子物体——例如两个电子,它们的属性通过跨越空间的瞬时连接联系在一起——可以突然断绝它们的关系。

在经典的物理系统中,衰减通常是渐近的——也就是说,两个物体之间的关联接近但永远不会达到零。但是ESD不遵循这种模式——当它发生时,纠缠程度在有限的时间内降至零,彻底切断量子连接。

在本周《科学》杂志的一篇综述文章中,新泽西州霍博肯市史蒂文斯理工学院的物理学家于霆和罗切斯特大学的约瑟夫·埃伯利探讨了这种现象及其对量子计算未来的意义。(他们曾在2007年在同一期刊上发表过一篇类似的论文,作为对同期研究的评论,该研究是最早实验验证ESD存在的论文之一。)于霆和埃伯利在本周的论文中写道,本质上,ESD仍然是一个谜,并且可能在开发依赖纠缠的量子系统(例如信息的传输和存储)中引起问题。

特别是,当两个环境“噪声”源共同作用破坏纠缠态时,可能会出现ESD。每个噪声源单独会导致更缓慢的渐近衰减,但它们共同作用可以触发ESD。这可能对量子计算具有实际意义,因为我们的世界充满了持续的波动——即使是真空也充满了能量的振动。“实际上,”于霆说,“多种噪声几乎是普遍存在的。”

于霆说,量子存储器——以量子比特或量子位形式长期存储信息——将最容易受到ESD的影响,因为更短暂的过程理论上可以足够快地加速完成,从而在ESD发生之前完成。

马里兰大学帕克分校领先的量子信息小组负责人、物理学家克里斯托弗·门罗认为,实用量子系统的速度将消除大多数对ESD的担忧。“我认为这个概念是描述纠缠的一个有趣的新角度,”他说,“尽管它可能不会影响或增加构建用于量子信息科学和基础量子物理学应用的大型纠缠态的障碍。”

门罗指出,如果要构建可行的量子计算机或信息处理系统,“我们需要近乎完美的纠缠态”,并补充说,这种纠缠的强度可能会排除ESD。“纠缠猝死的[上限]阈值远低于我们目前追求的更严格的阈值,”他说。

与此同时,“量子纠缠的概念仍然模糊不清,”门罗说,像ESD这样的概念“有望帮助我们更好地了解纠缠是什么以及意味着什么。”

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