5月9日,中國科技大學發布重要科研成果,該校潘建偉院士率領的團隊日前實現超抗噪聲“薛定諤貓”態。這種神奇的“糾纏狀態”具有天然的高容錯性,能夠對任意噪聲免疫,可廣泛應用于量子密鑰共享、三人密碼協議等大尺度量子網絡中。
“薛定諤貓”是物理學界的一個假想實驗,由量子力學創始人之一的奧地利物理學家薛定諤于1935年提出。試驗中,一只貓被關在一個裝有放射性原子的密閉性容器里。放射性原子可能衰變,也可能不衰變。如果衰變,就會觸發機關打碎裝有的瓶子,這時貓就會被毒死。如果沒有發生衰變,貓就能存活。根據日常經驗,容器里的貓要么是死的,要么是活的。但在量子世界,原子可處于衰變和沒有衰變的疊加狀態,那么貓理應也處于奇怪的死與活的疊加狀態。這只既死又活的貓,就是傳說中的“薛定諤貓”。
盡管“薛定諤貓”態在宏觀世界并不存在,但在微觀世界中,科學家可以利用光子和原子等造出這樣的“糾纏狀態”,并應用到量子精密測量、容錯計算等領域。然而,由于量子“消相干效應”,量子態與環境相互作用產生的各種噪聲,可以使計算過程產生各種錯誤,這就大大限制了“薛定諤貓”態在量子計算等量子信息處理任務中的應用。原則上,人們可以利用量子糾錯編碼的方式來保護量子態,但這種方式會耗費大量量子資源。2012年,奧地利物理學家提出一種級聯貓態的概念,這種貓態具有對任意噪聲免疫的天然*性。
在實驗中,潘建偉團隊用兩個光子比特編碼一個邏輯比特,成功制備出一個三邏輯比特的級聯貓態,并演示了編碼貓態在各種噪聲影響下所具有的顯著*性。
成果發表在一期學術期刊《自然.光子學》上。潘建偉院士表示,這種制備方法可擴展到任意比特數,甚至可能達到宏觀級別,實現多年來的研究熱點——宏觀糾纏。