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据悉 ， 爱丁堡Heriot-Watt大学发表了他们对量子纠缠现象的突破性研究 ， 研究结果发表在《物理评论X》期刊上 。
爱丁堡 Heriot-Watt大学的科学家们发表了他们对量子纠缠现象的突破性研究 。 这是指两个粒子(如光子)即使相隔很远也能保持连接 。
图示：Heriot-Watt大学超二进制量子信息实验室Mehul Malik教授和他的团队
Heriot-Watt光子与量子科学研究所的研究人员说 ， 量子纠缠将使未来的通信网络变得无懈可击 。 这项技术可以提供最安全的通信形式 ， 即使设备不安全或落入犯罪分子手中 。
光子学和量子科学研究所(IPAQS)在光子物理、工程光子学和量子科学方面开展了广泛、领先世界的研究 。
IPAQS建立在Heriot-Watt大学40多年世界领先的光子学研究基础上 ， 涵盖了广泛研究范围——从激光和光学传感方法到未来的制造方法 ， 再到量子信息的基础 。 尤其关注量子科学及其与光子学技术的密切关系 。 鼓励光子学和量子科学的理论和实验之间交流 ， 使IPAQS具有强大的能力来应对当代学术研究挑战 。 IPAQS为工业和其他合作伙伴实验室提供系统的技术 。 同时与行业保持着非常紧密的联系 ， 目前与SELEX ES、Renishaw和AWE建立了正式的战略联盟 。 IPAQS在光子学方面的深度研究 ， 成功地衍生了许多公司 ， 包括爱丁堡仪器、Helia Photonics和PowerPhotonic 。
但是在长距离上 ， 量子纠缠会被嘈杂的现实环境所干扰 ， 比如暴风雨天气、背景噪声或通信网络中的信号丢失 。 诸如此类的问题会危及量子网络的安全 。
Heriot-Watt大学的物理学家与瑞士日内瓦大学的同事合作 ， 开发了一种使量子纠缠能够在噪声、损耗和极端条件下保持稳定的方法 。
Heriot-Watt大学工程与物理科学学院的实验物理学家、物理学教授Mehul Malik教授说:“即使是世界上最好的光纤 ， 每公里也会有一定的损耗 ， 所以这是使量子通信成为可能的一个巨大障碍 。 ”他已经研究量子技术15年了 。
“这是第一次证明量子纠缠可以克服噪声和损耗 ， 并且仍然以一种被称为量子操纵的强形式存在 。 ”
超越二进制量子信息实验室（BBQ Lab）
量子操控的损耗和抗噪
图示：对高维度纠缠的描绘 ， 同时对噪声和损耗具有很强的抗扰性
量子操控是量子物理学中的一种现象 ， 当两方 ， 比如Joe和Rishi ， 共享一个纠缠态时 ， 就会发生这种现象——两个粒子的状态是强相关的 ， 无论粒子相距多远 。 通过在伦敦对他的粒子进行特定的测量 ， Rishi可以“操纵”在华盛顿的Joe的粒子的量子状态以某种方式运行 。
物理学家Erwin Schrodinger将这种波函数的转向称为“魔法” ， 因为它迫使Joe相信Rishi可以从远处影响他的粒子(需要注意的是 ， Rishi不能以这种方式将任何信息瞬间传递给Joe) 。
然而 ， 这种形式的纠缠在现实环境（损耗和噪声）中很容易被破坏 ， 这限制了它在量子通信等应用场景中的使用 。 在这项工作中 ， 我们开发了一种新的量子操控理论测试 ， 它不仅可以在大量的损耗和噪声下工作 ， 而且可以非常快速地执行 。 我们能够在实验室中通过利用光子在空间结构中纠缠的固有高维性质来证明这一点 。
与标准的二维量子单位(量子位)相比 ， 超越二进制量子信息实验室的Malik教授和他的研究团队能够通过使用纠缠在多维(量子位)的光子来提高纠缠的稳健性 。 这种“高维”纠缠利用光的空间结构将光子纠缠在由光像素组成的53维空间中 。
在一次测试中 ， 研究人员能够引导纠缠光子通过相当于79公里长的电信光缆的损失和噪声条件 ， 其中有36%是白噪声——可能是来自阳光泄漏到实验中的噪声 。 Malik教授说 ， 这项研究的另一个发现是 ， 与直觉相反 ， 增加量子纠缠的维度数量也大大减少了测量结果所需的时间 。
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