??參考消息網(wǎng)9月16日?qǐng)?bào)道 據(jù)西班牙《趣味》月刊網(wǎng)站9月14日?qǐng)?bào)道，當(dāng)愛(ài)因斯坦面對(duì)量子力學(xué)的奧秘時(shí)，他毫不掩飾自己的困惑。他將糾纏現(xiàn)象稱為“幽靈般的超距作用”，并質(zhì)疑這種現(xiàn)象能否完整描述現(xiàn)實(shí)。如今，這個(gè)曾令二十世紀(jì)最著名物理學(xué)家感到困惑的概念再次成為一項(xiàng)突破性實(shí)驗(yàn)的核心。該實(shí)驗(yàn)拓展了光與信息應(yīng)用的邊界：研究團(tuán)隊(duì)首次在單一步驟中成功識(shí)別出三個(gè)光子間的特殊糾纏態(tài)。

??這一里程碑不僅具有理論價(jià)值，更為更強(qiáng)大的量子技術(shù)(例如信息隱形傳態(tài)或基于測(cè)量的計(jì)算)奠定了基礎(chǔ)。這項(xiàng)由京都大學(xué)和廣島大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成的突破性成果發(fā)表于美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》雜志，提出了一種能夠檢測(cè)W態(tài)的量子測(cè)量方法——W態(tài)是一種復(fù)雜的多粒子糾纏態(tài)。其測(cè)量精度已超越確認(rèn)量子糾纏性質(zhì)所需的閾值。

??在量子力學(xué)中，糾纏是粒子間的一種深層關(guān)聯(lián)，使它們相互連接，并使其個(gè)體屬性在分離狀態(tài)下失去獨(dú)立意義。當(dāng)涉及兩個(gè)以上粒子時(shí)，則可能產(chǎn)生不同形式的糾纏。其中最著名的是GHZ態(tài)，而該態(tài)已在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。另一種對(duì)信息損耗更具耐受性且更難檢測(cè)的狀態(tài)就是W態(tài)。

??三個(gè)量子比特(例如本實(shí)驗(yàn)中使用的三個(gè)光子)構(gòu)成的W態(tài)可以被認(rèn)為是一個(gè)系統(tǒng)：其中恰好有一個(gè)粒子具有某種特定屬性(例如垂直偏振)，而另外兩個(gè)粒子則共享另一種屬性(例如水平偏振)。盡管看似簡(jiǎn)單，此類量子態(tài)具有特殊的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)：呈現(xiàn)出循環(huán)置換對(duì)稱性，即調(diào)換光子順序不會(huì)改變量子態(tài)的本質(zhì)。

??該量子態(tài)對(duì)多用戶量子隱形傳態(tài)等前沿應(yīng)用以及某些分布式量子計(jì)算方案具有重要意義。然而，迄今尚未實(shí)現(xiàn)能明確識(shí)別該狀態(tài)的直接測(cè)量。

??W態(tài)作為這項(xiàng)日本主導(dǎo)的最新實(shí)驗(yàn)性進(jìn)展的核心，也帶有鮮為人知的西班牙印記。這種特殊的量子糾纏形態(tài)首次由西班牙理論物理學(xué)家伊格納西奧·西拉克等三位科學(xué)家于2000年共同闡明。三人將研究成果發(fā)表于美國(guó)《物理評(píng)論A》雜志，并在報(bào)告中證明“三個(gè)量子比特可通過(guò)兩種不同的方式實(shí)現(xiàn)糾纏”。其中一種形式是當(dāng)時(shí)已知的GHZ態(tài)；另一種全新態(tài)則被命名為W態(tài)。

??W態(tài)的特殊優(yōu)勢(shì)在于：與GHZ態(tài)不同，即使丟失其中一個(gè)量子比特，該態(tài)也不會(huì)完全破壞。相反，剩余量子比特仍保持糾纏狀態(tài)。這種抗損傷特性使其成為分布式計(jì)算或安全量子通信等實(shí)際應(yīng)用的理想候選者，而在這些領(lǐng)域，粒子損失不可避免。

??探測(cè)量子糾纏極大地拓展了量子計(jì)算與通信的可能性。例如在測(cè)量型量子計(jì)算領(lǐng)域，信息處理是通過(guò)測(cè)量糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)的，而非采用傳統(tǒng)邏輯門。擁有能夠識(shí)別三粒子W態(tài)的探測(cè)器，將使許多協(xié)議得以簡(jiǎn)化。

??在量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)“糾纏交換”的能力關(guān)鍵取決于能否進(jìn)行此類復(fù)雜測(cè)量。上述實(shí)驗(yàn)的作者指出，該實(shí)驗(yàn)成果“為多方系統(tǒng)間量子網(wǎng)絡(luò)新協(xié)議的開(kāi)發(fā)打開(kāi)了大門”。

??同樣值得關(guān)注的是，作者強(qiáng)調(diào)該方法具有可擴(kuò)展性：可擴(kuò)展至三個(gè)以上粒子，這對(duì)構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)或通用量子計(jì)算機(jī)至關(guān)重要。

??盡管該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)取得了成功，但仍存在改進(jìn)空間。理想結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果間的偏差部分歸因于多重光子對(duì)同時(shí)發(fā)射、激光脈沖觸發(fā)噪聲以及單個(gè)光子間微小差異等因素，這些均可能影響最終結(jié)果的精確度。

??研究團(tuán)隊(duì)正致力于將該方法擴(kuò)展至多光子系統(tǒng)，并通過(guò)集成光子電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)微型化，以推動(dòng)實(shí)際應(yīng)用。事實(shí)上，其明確目標(biāo)之一是推動(dòng)量子芯片的研發(fā)，將此類測(cè)量技術(shù)納入基礎(chǔ)架構(gòu)。

??與此同時(shí)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)量子物理學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這不僅因?yàn)樗軌蝌?yàn)證迄今無(wú)法企及的狀態(tài)，更因其證明了精確可靠地操縱量子信息所需的技術(shù)已不再是遙不可及的夢(mèng)想。（編譯/劉麗菲）