光子在1.2英里外為電子“捎信兒”
- 發佈時間：2015-11-27 01:30:45 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京11月26日電 （記者劉園園）據美國斯坦福大學官方網站報道，近日該校物理學家餘利奧和他的科研團隊讓相隔1.2英里的光子和自旋的電子發生了關聯。這項研究解決了量子物理學領域老大難問題——如何遠距離傳輸“糾纏”的粒子。
量子糾纏是兩個或更多粒子在不同的空間即使相距幾千里也互相關聯的現象。以糾纏的電子為例，電子自旋的方向有兩種，如果兩個電子發生了糾纏，它們的自旋方向也會發生聯繫。愛因斯坦曾把這種現象稱為“幽靈般的行為”。
電子被困在原子之中，所以糾纏的電子無法通過長距離直接發生“對話”，不過光子卻可以。因此，科學家可以先讓光子和電子發生所謂的“量子關聯”，這樣光子就可充當信使的作用，傳達電子的自旋資訊。
為實現這一目的，餘利奧團隊需要保證光子和電子在長距離傳輸中一直保持關聯，這是個很關鍵的挑戰，因為光子在光纖電纜中傳輸時有改變方向的傾向。光子可有兩種方向——垂直或水準，不過如果光子的方向在途中發生改變，它與電子的關聯就消失了。餘利奧設計了一種時間戳來將光子的到達時間與電子自旋發生關聯，這可以為每個光子提供參考資訊來確認它與哪個電子相互關聯。
為最終讓兩個從未謀面的電子在遠距離發生糾纏，科研人員需要將分別與不同的電子發生關聯的光子通過光纖發送出去，讓它們在中間的分束器中匯合併互動，這就需要讓光子發生雙光子干涉。但是來源不同的光子會有不同的顏色或波長等，而波長不同的光子無法互相干涉。為克服這個困難，科研人員在光子傳輸前，讓其通過量子降頻變換器使波長達到一致，最終成功地讓光子為相距1.2英里的電子捎上了信兒。
“這項工作可為未來在全球範圍內實現數據高度安全傳輸的量子通信網路做鋪墊。”餘利奧補充道，與傳統電腦相比，量子超級電腦的速度將實現指數級的飛躍，而他們的研究也讓量子電腦離現實更近了一步。
總編輯圈點
電子的自旋特性讓它成為了能裝載複雜資訊的貨箱，但要把自旋電子器件應用於量子電腦，還需要一位運貨的“車夫”。現在科學家讓光子很好地擔起了這個責任。接近兩公里之外的關聯，不但向人們展示了量子現象與傳統經驗之間的差異有多大，也為開啟超快量子計算、超安全量子密碼等下一代未來技術提供了鑰匙。
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