核物理學(xué)家：新型量子糾纏可能重塑未來通信

極客網(wǎng)·網(wǎng)絡(luò)通信1月16日 美國知名科幻作家奧森·斯科特·卡德在他的經(jīng)典科幻小說《安德的游戲》中想象了這樣一個(gè)世界：地球上最聰明、最年輕的戰(zhàn)術(shù)家通過一種名為ansible*的設(shè)備遠(yuǎn)程即時(shí)指揮軍隊(duì)。 

盡管目前還不清楚這種設(shè)備是否可能出現(xiàn)，但美國能源部的布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們?nèi)涨霸敿?xì)介紹了一種“前所未見”的量子糾纏，并表示：有朝一日，通過這種糾纏技術(shù)可以開發(fā)出強(qiáng)大的新型通信工具和計(jì)算機(jī)。 

自從20世紀(jì)初得出量子糾纏粒子理論以來，科學(xué)家們一直在試圖利用這一現(xiàn)象開發(fā)技術(shù)。幾十年來，這一話題一直是物理學(xué)家們激烈爭論的焦點(diǎn)。然而在去年年底，阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞澤和安東·塞林格這三位科學(xué)家更是在量子糾纏方面的卓越研究而被授予諾貝爾物理學(xué)獎。 

一種“新型”量子糾纏 

布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的最新發(fā)現(xiàn)是在探索一種探測原子核內(nèi)部運(yùn)作的新方法時(shí)獲得的，使用該實(shí)驗(yàn)室的相對論重離子對撞機(jī)將粒子加速到接近光速。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

在通常情況下，對撞機(jī)會把金粒子撞碎，這將消除質(zhì)子和中子之間的界限，使科學(xué)家能夠在類似于銀河系早期的環(huán)境中研究夸克和膠子，這是構(gòu)成原子核的兩種基本粒子。 

但在研究中，金粒子并沒有被撞碎在一起，而是被光子云包圍，并允許彼此通過。 

根據(jù)布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的描述，當(dāng)它們彼此經(jīng)過時(shí)，由光子和膠子相互作用引起的一系列量子波動產(chǎn)生了一個(gè)新粒子，這個(gè)新粒子迅速衰變?yōu)橐粚щ姷摩薪樽?。?dāng)測量這些π介子時(shí)，科學(xué)家可以繪制出原子核內(nèi)膠子的分布。 

參與該項(xiàng)目的STAR合作成員Daniel Brandenburg在一篇博客文章中表示，這項(xiàng)技術(shù)的工作原理有點(diǎn)像醫(yī)院中的掃描設(shè)備，但科學(xué)家們看到的不是患者的大腦內(nèi)部，而是質(zhì)子的內(nèi)部工作方式。

正是在進(jìn)行這些測量時(shí)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象——一種新的量子干涉。

布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Zhangbu Xu在博客文章中表示：“我們測量了兩個(gè)出射粒子，很明顯它們的電荷是不同的，這說明它們是不同的粒子——但我們看到的干涉模式表明，這些粒子彼此糾纏或同步，盡管它們是可區(qū)分的粒子?！?nbsp;

Brandenburg表示，大多數(shù)對糾纏的其他觀察都是在光子或相同的電子之間。他說，“這是第一次在實(shí)驗(yàn)中觀察到不同粒子之間的糾纏?！?/p>

量子互聯(lián)網(wǎng)的序幕 

美國能源部的各個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室多年來一直在深入研究量子力學(xué)，包括量子糾纏的實(shí)際應(yīng)用，并為量子互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)投入了數(shù)百萬美元的資金。

 雖然量子網(wǎng)絡(luò)無法解釋，但它利用粒子的特性，與傳統(tǒng)計(jì)算中使用的二進(jìn)制1和0相比可以更有效地編碼數(shù)據(jù)。無論如何，至少這個(gè)想法是這樣的。 

雖然構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的努力仍處于起步階段，但一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示出了希望。2019年，布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室演示了糾纏可以光子在一個(gè)長達(dá)約11英里的光纖網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。這是當(dāng)時(shí)在美國進(jìn)行的距離最長的量子糾纏實(shí)驗(yàn)。

最近，荷蘭的研究人員展示了使用中間節(jié)點(diǎn)傳輸量子信息的方法，他們認(rèn)為這一技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。

超光速通信最初是由傳奇科幻作家厄休拉·勒奎恩在1966年發(fā)表的科幻小說《羅坎農(nóng)的世界》中構(gòu)想出來的，這是她幾部小說中的第一部。她在小說中將超光速通信技術(shù)描述成為行星之間進(jìn)行交流的方式之一。

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