量子雙模式貓態(tài)可用于量子計(jì)算

新一期美國(guó)《科學(xué)》雜志5月26日發(fā)表研究說(shuō)，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中制造出一種狀態(tài)更加奇異的“薛定諤貓”，它同時(shí)存在于兩個(gè)箱子之中，這項(xiàng)成果朝研制實(shí)用可靠的量子計(jì)算機(jī)邁出了又一步。

“薛定諤貓”是由奧地利物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的，它假設(shè)了這樣一種情況：將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里，如果鐳發(fā)生衰變，會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會(huì)死；如果鐳不發(fā)生衰變，貓就存活。根據(jù)量子力學(xué)理論，鐳的衰變存在幾率，放射性的鐳處于衰變和沒(méi)有衰變兩種狀態(tài)的疊加，貓就理應(yīng)處于死和活的疊加狀態(tài)。

既死又活的貓?jiān)诂F(xiàn)實(shí)世界是荒謬的，但隨著量子力學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家已成功使多粒子構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到這種難以理解的量子“薛定諤貓”態(tài)。由于這些粒子都屬于同一種粒子，因此又被稱(chēng)為單模式貓態(tài)。

《科學(xué)》雜志發(fā)表的新研究第一次給單模式貓態(tài)引入量子糾纏的元素。量子糾纏是量子力學(xué)的另一個(gè)基本概念，大意是相隔很遠(yuǎn)的兩個(gè)系統(tǒng)可以瞬間互相影響，被愛(ài)因斯坦稱(chēng)為“遠(yuǎn)距離鬧鬼”。

論文第一作者、美國(guó)耶魯大學(xué)博士后王晨告訴新華社記者：“我們產(chǎn)生的量子態(tài)可以比作一只‘薛定諤貓’跨越兩個(gè)箱子，或者說(shuō)是首次實(shí)現(xiàn)一種雙模式貓態(tài)。這是一個(gè)20年前就有所展望但是至今終于得以圓滿解決的難題。”

具體而言，他們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)微波超導(dǎo)空腔，而“薛定諤貓”就是空腔內(nèi)由幾十個(gè)光子組成的駐波。駐波是指兩個(gè)頻率相同的波在沿相反方向傳播時(shí)互相疊加而成的波。這兩個(gè)空腔內(nèi)的光子雖然頻率不同，但跨空腔關(guān)聯(lián)，如同一只“薛定諤貓”同時(shí)存在于兩個(gè)箱子中。

王晨說(shuō)，這項(xiàng)成果的實(shí)際用途在于量子計(jì)算。未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)可以比普通的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大得多，但要實(shí)現(xiàn)有用的量子計(jì)算，量子糾錯(cuò)能力必不可少，這是目前研制量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)主要障礙，而雙模式貓態(tài)將有望為量子計(jì)算的運(yùn)算過(guò)程加入量子糾錯(cuò)。雙模式貓態(tài)還可對(duì)其他量子信息技術(shù)有所幫助，如量子通信、量子精密測(cè)量等。