科學家設計原子糾纏方案：解決量子存儲難題

新浪科技訊 北京時間1月7日消息，據國外媒體報導，量子系統內部非常脆弱，因為任何一點來自外部世界的細小干擾都會使整個系統狀態崩潰。這一特性令量子存儲的實現困難重重，因為很難確定其是否成功保存輸入的信息。為了解決這一難題，科學家們一直在摸索如何實現會糾錯的量子存儲。如今，英美等國研究人員已初步設計出一套相對簡單的方案，可提供量子錯誤控制：讓來自兩種不同元素的原子相互糾纏，實現操控一個原子的同時不影響另一個原子。研究人員表示，這個方案不僅高效，還能用於打造量子邏輯門，同時證實量子糾纏行為的精確度比經典物理行為高40個標準差。

科學家曾實現過不同類型粒子的糾纏，比如，一個原子與光子糾纏，這樣光子就可以將信息傳輸至別處，這無疑是量子計算機的必須條件。在近期發表的兩篇論文中，研究人員嘗試糾纏不同類型的原子。如果在比特的存儲和備份中使用相同類型的原子，那麼總會出現這樣一種情況，即存儲信息的光子會分散並撞到某個備份。如果使用不同元素的原子，那麼它們就會對光的不同波長生不同發應，因此操控一個原子時不會影響另一個原子。牛津大學實驗室的研究人員表示：“這種方法可以保護存儲量子位不受影響，即便其它量子位正進行邏輯運算，或被用作其它處理單元的光子介面。”

牛津大學研究小組通過使用兩個不同的鈣同位素進行實驗。來自國家標準與技術研究所及華盛頓大學的另一個研究小組則表示，他們使用的是完全不同的兩個原子：鈹原子和鎂原子。鈣原子保持狀態的時間約為一分鐘，而鈹原子保持狀態的時間為一秒半，在量子位條件下看起來比較穩定。兩個研究小組都確切地表示，實驗中的原子發生糾纏的可能性極高：一個可能性為。998，另一個為。979。國家標準與技術研究所研究人員甚至表示，可以通過觀測鎂原子的狀態，追蹤鈹原子的狀態變化。

量子系統特性的真正測試涉及許多方程，也就是著名的貝爾不等式。在某個臨界值以下，經典物理行為可能有數值；而在該臨界值以上，則是量子力學有數值。牛津大學研究小組在實驗中證實，量子系統比經典物理行為高15個標準差，而國家標準與技術研究所的研究小組的結論為40個標準差。很顯然，這些量子系統的確相互糾纏。來自國家標準與技術研究所的研究小組還表示，它們的方案可被用於量子處理，通過排列一系列鈹/鎂原子對，可以構建兩種類型的量子邏輯門：CNOT和SWAP。

當然，需要承認的是，這些實驗因其局限性皆難以論證，因為研究人員尚未打造出一個能工作的量子計算機，即使是有效計算都無法進行。他們僅成功地提供了一個量子計算機可能有用的組件。整合這些組件的方式越多，成功研究量子系統的可能性就越大。(彬彬)