专家即将揭开量子世界的神秘面纱

苗晓寒
导读众所周知,量子世界是复杂的,它的多层次和微小的组成部分包括标准的分析方法。支持许多不可思议的量子现象的原理之一表明,我们可以同时知

众所周知,量子世界是复杂的,它的多层次和微小的组成部分包括标准的分析方法。

支持许多不可思议的量子现象的原理之一表明,我们可以同时知道,量子系统的某些属性对的准确性存在固有的局限性,这种局限性被称为“互补性”。

例如,你越精确地知道一个粒子的位置,你就越不精确地知道它的速度,反之亦然。事实上,更准确地说,当这些属性中的一个被确定时,我们对相应属性的确定性就越低——在一种情况下知道确切答案只会增加获得全局图景的挑战。

纵观全局然后妥协——在一个属性的确定上妥协精度,以获得另一个属性的精度。然而,要实现量子物理定律强加的“权衡”限制所允许的最佳全景是一项艰巨的任务。

现在,布里斯托尔大学的专家认为他们已经展示了一种更简单的方法来应对这一挑战。他们发表在Optica上的工作可能会对信息安全、生物医学和其他研究领域的未来产生影响,在这些领域,复杂的进展越来越取决于组合和测量量子系统特性的能力。

布里斯托尔量子工程技术实验室的研究人员设计的解决方案涉及一种特别设计的光纤,它可以以预测的方式产生单个光子,允许他们使用一种优雅而简单的测量程序,基于硬币翻转模拟,一次测量一个光子。他们的实验同时确定了单个光子的两个互补偏振特性,实现了量子物理定律强加的权衡限制所允许的最佳“全图”。

布里斯托尔量子工程技术高级研究员Adetunmise Dada博士说,“在我们管理它之前,人们不知道这种对单个光子量子位的量子限制和同时测量可以通过基本设置以如此简单的方式实现。”实验室,本文主要作者。

“我们的研究结果揭示了我们可以通过使用实际测量设置来了解量子系统不同互补属性的局限性。它还关系到我们如何依赖量子协议在现实世界实现中提供的信息安全,因为同样的原理决定了窃听者在量子密钥分发中可以破解的信息限制。

接下来,研究人员计划通过测试他们的方法是否可以应用于测量多个不相容的属性和大规模量子态,并在硅集成光学平台上实现,来进一步突破量子理解的限制。这是一个很有前途的方法。实现由单光子自由度编码的多维量子态。

布里斯托大学的量子工程技术实验室通过使用最先进的可扩展的硅光子技术,在实现这种量子芯片方面处于领先地位。

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