物理學(xué)家在糾纏光實(shí)驗(yàn)中可視化量子陰陽(yáng)

永遠(yuǎn)不要說(shuō)科學(xué)家沒(méi)有崇高的眼光。

物理學(xué)家最近將一個(gè)用于二元性和和諧性的中國(guó)符號(hào)編碼和破譯為兩個(gè)糾纏光子的量子態(tài)，展示了一種新的分析技術(shù)的卓越效率。

來(lái)自羅馬Sapienza大學(xué)和加拿大渥太華大學(xué)的研究人員使用了一種類似于流行的方法全息技術(shù)快速可靠地測(cè)量粒子位置的信息。

通過(guò)改進(jìn)捕獲糾纏粒子中各種狀態(tài)關(guān)鍵細(xì)節(jié)的現(xiàn)有方法，該團(tuán)隊(duì)希望為工程師提供構(gòu)成量子技術(shù)基礎(chǔ)的新計(jì)算和成像工具。

單個(gè)光子，像任何粒子一樣，最好被描述為在測(cè)量賦予它們堅(jiān)硬的事實(shí)數(shù)字之前緩慢演變的可能性范圍。極化、旋轉(zhuǎn)、動(dòng)量，甚至它們的位置，都像一枚硬幣在空中翻滾一樣不穩(wěn)定，直到一只隱喻的手把它拍成一個(gè)單一的狀態(tài)。

如果兩個(gè)光子共享某種歷史——就像從同一個(gè)錢(qián)包里取出兩枚硬幣——拍打一個(gè)光子就像在飛行中阻止另一個(gè)光子一樣好。糾纏在一起，了解一個(gè)會(huì)讓你衡量另一個(gè)，就好像它也被拍到位一樣。

這種機(jī)會(huì)游戲的基本原理構(gòu)成了量子計(jì)算機(jī).許多稱為量子比特的糾纏粒子可以讀取它們的一種狀態(tài)，從而快速回答特殊制定的數(shù)學(xué)問(wèn)題。

然而，當(dāng)粒子有這么多未確定的特征可供選擇時(shí)，為什么只使用一種狀態(tài)，將簡(jiǎn)單的2D量子比特變成“多維”圣城?

為了構(gòu)建更復(fù)雜的粒子圖像，物理學(xué)家可以采取一系列措施，就像使用多個(gè)X射線來(lái)構(gòu)建物體的3D圖像一樣。計(jì)算機(jī)斷層掃描.

適應(yīng)的一個(gè)主要問(wèn)題量子層析成像捕獲粒子的多個(gè)維度是所需的工作。隨著讀取狀態(tài)數(shù)量的增加，測(cè)量值急劇上升，花費(fèi)時(shí)間并大大增加出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

雙光子數(shù)字全息術(shù)可以改變這一點(diǎn)。正如傳統(tǒng)的全息圖允許我們從2D表面檢索3D信息一樣，可以使用波相互干擾的方式，從一對(duì)光子之間攜帶的幾個(gè)細(xì)節(jié)中快速準(zhǔn)確地推斷出額外的維度。

物理學(xué)家已經(jīng)利用糾纏粒子的干涉來(lái)繪制隱藏物體的地圖，即所謂的鬼影成像.只要足夠了解一個(gè)光子沿著一條路徑發(fā)送的位置，就有可能通過(guò)重疊它們的波來(lái)了解其伙伴沿著第二通道旅行的秘密。

應(yīng)用全息術(shù)技巧，研究人員能夠在兩個(gè)分離的光波的干擾下讀取位置信息，恢復(fù)足夠的信息以重新創(chuàng)建編程到光子發(fā)生裝置中的陰陽(yáng)符號(hào)。

就像陰陽(yáng)看起來(lái)一樣簡(jiǎn)單，這個(gè)單一的靜態(tài)圖像代表了在短時(shí)間內(nèi)測(cè)量眾多量子態(tài)的重大飛躍。

“這種方法比以前的技術(shù)快得多，只需要幾分鐘或幾秒鐘，而不是幾天，”說(shuō)渥太華大學(xué)物理學(xué)家Alessio D'Errico。

“重要的是，檢測(cè)時(shí)間不受系統(tǒng)復(fù)雜性的影響 - 這是投影斷層掃描中長(zhǎng)期存在的可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)的解決方案。

這項(xiàng)研究發(fā)表于自然光子學(xué).

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