物理学家实现了量子纠缠的新记录

纠缠对于二十一世纪的新量子技术至关重要。一个来自德国奥地利研究小组现在提出了迄今为止最大的独立可控量子纠缠寄存器，由20个量子比特组成。因斯布鲁克大学物理学家，维也纳大学和乌尔姆大学的研究人员推动了目前可能达到的极限的实验和理论方法。 h)wR[N]n  
?EX
'j >  
fJE k
i>1  
一些新的量子技术，从极其精确的传感器到通用量子计算机，都需要大量的量子比特，以利用量子物理学的优点。因此，全世界的物理学家都致力于用更多的量子比特实现纠缠系统。目前记录是由在因斯布鲁克大学的Rainer Blatt的研究小组在实验物理研究院实现的。  ]NAPvw#p  
RFK N,oB  
2011年，物理学家首次将14个独立寻址的量子比特纠缠在一起，从而实现了最大的全纠缠量子寄存器。现在，一个由奥地利科学院的Ben Lanyon和Rainer Blatt领导的研究小组在量子光学和量子信息研究所（iqoqi），与来自乌尔姆大学和维也纳量子光学和量子信息研究所的理论家一起，实现了在20个量子比特系统中控制的多粒子纠缠态。研究人员能够检测到所有相邻的三、四和五量子比特之间的多粒子纠缠。 FcW ?([l  
)X^nzhZ2O"  
真实的多粒子纠缠 Gs?W7}<$  
q]Qgg  
物理上，纠缠粒子不能被描述为具有定义状态的单个粒子，但只能作为一个完整的系统。当涉及众多粒子时，理解纠缠是特别困难的。在这里，必须区分单个粒子的纠缠和真正的多粒子纠缠。这只能被理解为有关所有粒子的整体系统的属性，而不能被子系统的纠缠所解释。 !Q7  
?$n<vF>  
在因斯布鲁克大学的量子光学和量子信息研究所，使20个钙原子实现量子纠缠的离子阱实验，激光物理学家团队观察到在这个系统中具有多粒子纠缠态的动态扩展情况。“粒子开始纠缠对，” Lanyon描述了这一结论。“通过我们在维也纳和乌尔姆的同事开发的方法，我们可以证明给所有邻近粒子三原子的纠缠的进一步研究情况，很多的四原子和少数五原子纠缠。 j9u-C/Q\r  
K.z}%a  
这些检测方法是维也纳量子光学和量子信息中心的Marcus Huber研究团队和乌尔姆大学的Martin Plenio的研究小组共同开发。“我们选择了一个MacGyver的方法，”论文的第一作者Nicolai Friis说。“我们必须找到一种方法来检测多粒子纠缠与少量可行的测量设置。” e-}PJ%!,T  
\R-u+ci$ZY  
研究人员采用了一种互补的方法：Huber和Friis的小组使用的方法，只需要很少的测量，其结果可以很容易进行评估。这样，三粒子的纠缠就可以在实验中得到证明。来自乌尔姆的理论家们使用了更复杂的基于数值方法的技术。“虽然这种技术是有效的，但它也达到了极限，因为随着量子比特数的增加计算量也在急剧增加，”Martin Plenio的研究小组的Oliver Marty说。“这就是为什么这种方法在随着检测真正的五粒子纠缠时变得不再可用。” x(b&r g.-0  
sa#"@j)  
迈向应用的一大步 cE*|8'rSf  
>M1/m=a  
“有量子系统如超冷气体中大量粒子之间的纠缠已经被发现了，”Nicolai Friis说。“然而，因斯布鲁克大学的实验能够独立地读出和读出每一个量子比特，因此它适用于量子模拟或量子信息处理等实际应用。”Rainer Blatt和他的团队希望增加实验中的量子比特数。“我们的中期目标是50个粒子。这可以帮助我们解决当今最好的超级计算机仍然无法完成的问题。” pb{P[-f  
AN~1E@"  
因斯布鲁克大学的离子阱实验中开发的这种新方法将得到更加广泛的应用，在乌尔姆大学和维也纳大学的物理学家们确信。“我们要突破我们这种方法的极限，甚至更进一步，” Friis 和Marty说。“通过利用对称性和聚焦于一定的观测值，我们可以进一步优化这些方法来检测更广泛的多粒子纠缠。” E?XA/z !  
e2*^;&|%  
这项研究发表在《物理评论Physical Review X》杂志上。 ,OasT!Sr  
Oy|9po  
原文来源：https://phys.org/news/2018-04-quantum-physicists-entanglement.html（实验帮译）