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人可以瞬间传送吗?是的,在量子世界_科技频道_东方资

2020-07-04 03:33   来源:未知   作者:admin

“把我传上飞船”是《星际迷航》的标志性台词。当主人公希望从很远的地方,回到星际飞船时,便会发出这样的命令。

虽然人类传送只存在于科幻小说中,但在量子力学的亚原子世界中,传送是可能的??尽管不是电视里描绘的那样。

在量子世界中,传送涉及信息的传输,而不是物质的传输。

2019年,科学家已经证实,即使光子没有物理连接,计算机芯片上的光子之间也可以传递信息。

现在,根据罗切斯特大学和普渡大学的最新研究,电子之间也可能传送。

在《自然通讯》和《物理评论X》上发表的一篇论文中,包括罗切斯特大学物理学教授安德鲁?乔丹和助理教授约翰?尼科尔在内的研究人员,探索了在遥远的电子之间创造量子力学相互作用的新途径。

该研究是改进量子计算的重要一步,而量子计算又可通过提供更快、更高效的处理器和传感器来彻底改变科学和医学技术。

"鬼魅般的远距作用"

阿尔伯特?爱因斯坦曾经这样形容量子传送,也被称为量子纠缠。

在量子纠缠中,一个粒子的特性会影响另一个粒子的特性,即使它们相隔很远。量子隐形传态涉及两个遥远的纠缠粒子,其中第三个粒子的状态会立即“传送”到两个纠缠粒子上。

量子传送是量子计算中传输信息的重要手段。典型的计算机由数十亿个晶体管(称为位)组成,量子计算机将信息编码为量子位。位具有单个二进制值,可以是"0"或"1",但量子比特可以同时为"0"和"1"。单个量子位同时占据多个状态的能力使得量子计算机拥有普通计算机难以匹敌的潜力。

科学家们最近展示了量子隐形传态,即利用电磁光子产生远程纠缠的量子对。然而,由单个电子制成的量子比特在半导体中传输信息也很有前途。

“单个电子是很有希望的量子位,因为它们很容易相互作用,而半导体中的单个电子量子位也是可伸缩的,”尼科尔说,“可靠地创造电子之间的长距离相互作用对于量子计算至关重要。”

然而,制造远距离纠缠的电子量子位对(这是隐形传态所必需的)已经被证明非常具有挑战性:虽然光子会自然地长距离传播,但电子通常被限制在一个地方。

缠绕的电子对

为了证明利用电子进行量子隐形传态,研究人员利用了最近开发的基于海森堡交换耦合原理的技术。单个电子就像一块磁铁,有北极和南极,可指上或指下。无论北极朝上还是朝下,磁极的方向被称为电子的磁矩或量子自旋态。如果某些粒子具有相同的磁矩,它们不可能同时处于同一位置。也就是说,处于同一量子态的两个电子不能相互重叠。如果相互重叠了,它们的状态将在时间上来回交换。

研究人员利用这项技术来分配纠缠的电子对,并传送它们的自旋状态。

Nichol说:"我们为'纠缠交换'提供了证据,即即使粒子从不相互作用,我们也在两个电子之间产生纠缠,以及'量子门传送',这是一种利用传送进行量子计算的潜在有用技术。"我们的工作表明,即使没有光子,也可以这样做。

尼科尔说:“我们为‘纠缠交换’提供了证据,即我们在两个电子之间创造了纠缠,即使两个电子从未相互作用;而‘量子门隐形传态’,是一种利用隐形传态进行量子计算的潜在有用技术。我们的研究表明,即使没有光子,也可以做到这一点。”

这些结果为未来研究量子传送铺平了道路,这些量子传送涉及所有物质的自旋态,而不仅仅是光子,而且为量子比特半导体中单个电子的惊人算力提供了更多证据。