【科学前沿】科学家利用量子纠缠实现“鬼魅”的远距量子通信

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美国科学家的一项研究，让相距一米的离子阱中的两个独立原子实现了“鬼魅”的量子纠缠和远距量子通信。这一成果向着超快量子计算和构建量子互联网的目标又迈进了一步。

; F# i4 d3 d$ o3 [! }; P　　“鬼魅”(spooky)一词出自爱因斯坦之口，他曾经发现，这种“鬼魅般的超距作用”(spooky action at a distance)在众多实验中一再出现，因此直到过世前他都没有完全接受量子力学是一个真实而完备的理论，一直尝试找到一种更加合理的诠释。
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新发表的研究工作是原美国密歇根州立大学的David Moehring和同事在研究生阶段完成的，现在他已经是德国马普量子光学研究所(Max-Planck-Institute for Quantum Optics)的一员。Moehring表示，“实验最重要的部分就是纠缠态中量子比特(qubit)的分离。局域纠缠早已能够实现，但如果要建立量子计算机网络的话，就必须要实现远距离的纠缠量子比特。”
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在研究中，Moehring等人利用两个单独的稀土原子镱作为量子比特，并在它们的电子构造中存储特定的信息。随后，这两个原子被激发，电子能态降低，并且释放出两种不同波长的光子。光子的类型表明了原子所处的特殊状态，也就是说光子与原子首先发生了纠缠。通过操控光子沿着光纤进行相互作用，研究人员最终让这两个相距一米的镱原子发生了量子纠缠。当光学线路被切断时，这种纠缠态依旧能够保留下来，甚至在两个原子相互远离时仍是如此。
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　　不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子，这就是量子纠缠。它的实现将对量子计算机和量子通信具有重要意义，科学家可以通过改变一个量子比特来影响另一个比特。论文高级作者、密歇根大学的Christopher Monroe表示，远距离原子之间的相互联系是新型量子计算机的一个重要基础，未来的量子计算机将能实现电子计算机无法完成的工作，而且能够实现安全的数据通信，并让现行的加密技术作古。