量子電腦大突破! 科學家首次量子遙傳了「量子三元」

量子電腦大突破! 科學家首次量子遙傳了「量子三元」

量子物理學又有一項新突破了,科學家現在能夠遠距傳送「量子三元(qutrit)」或一塊三種狀態的量子資訊了!這為量子電腦打開了一系列全新的可能。

之前,量子遙傳或量子隱形傳送(quantum teleportation)只成功傳送了量子位元(qubits),而且達到了非常可觀的距離。 一項新的概念驗證研究暗示,未來的量子網絡將能夠承載更多的數據,而且干擾會比我們想像的更少。

如果你對量子三元不熟悉,簡單地說,我們在電腦中稱為位元的小數據單元可以處於兩種狀態之一,0或1,但在量子電腦中,有量子位元,它可以同時為0和1 (稱為疊加)。

量子三元的傳統狀態加上疊加可以為0、1或2,它可以同時是這些,使得它成電腦處理能力或一次可以發送多少資訊的大躍進。

了解了量子三元後,那量子遙傳是什麼? 它就是透過一種稱為量子糾纏(quantum entanglement)的現像,將量子資訊從一個地方傳到另一個地方,愛因斯坦稱它為「鬼魅似的遠距作用」(spooky action at a distance)。這就是兩個量子粒子(或粒子群)相互連接,因此無論它們有多遠,它們都能顯示對方在做什麼。

這跟科幻電影裡的隱形傳送不一樣,而是能迅速獲得數據,根據讀取另一個非常遙遠地方的數據。 這種量子資訊可以透過光子光束傳送,未來一種可能的用途是創造無法被駭客入侵的網絡,它將受到物理基本法則的保護,因為任何類型的干擾都會破壞資訊本身。

通過雷射、分束器和硼酸鋇晶體(barium borate crystals),將光子的路徑分成三段,研究人員創造出了量子三元與糾纏狀態。經過了許多的測試,系統產生0.75的逼真度,四分之三的準確結果。 研究人員表示,儘管這種設置很緩慢且效率低,但足以證明傳送是可行的。

團隊表示,未來他們應該能夠升級他們的系統,甚至可能升級到量子四元(ququarts)。

「我們希望這結果可以為高維量子科技應用開拓新道路,因為遠距傳送是量子中繼器和量子網絡的核心。」

該研究已在Physical Review Letters上發表,並可在arXiv.org上閱讀。

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