量子力學中的「單相思」

科學家首次實驗實現了單向量子導引，兩個糾纏的系統相隔萬里但又有著某種聯繫，特別之處在於，這次兩個系統陷入了一種「單相思」的狀態。

撰文 Matteo Rini

翻譯 王樂

審校 張奕林

圖片來源：孫凱/中國科學技術大學

量子糾纏是我們最熟悉的一種量子「非局域性」：兩個相互糾纏的粒子不管彼此之間相距多遠，似乎都能夠瞬時影響對方的狀態。不過除了簡單的量子糾纏外，量子關聯還能引起很多其他的非局域效應，其中有很多效應還沒有被物理學家完全理解。這次，兩個獨立的研究小組成功實現了其中一個效應，被稱作單向量子導引（one-way quantum steering），這一研究成果很有潛力作為下一代量子信息傳輸協議的基礎。

量子導引描述了一對糾纏的粒子，一方（Alice）通過測量其中一個粒子，對遠處另一方（Bob）的另一個粒子的狀態實現了「導引」的現象。根據這個理論，導引是可以有方向性的：Alice可以導引Bob但反之卻不行。之前的實驗暗示了這種可能性，但只適用於一些受限制的光量子測量。中國科學技術大學李傳鋒的團隊和澳大利亞格里菲斯大學Geoff Pryde的團隊如今通過實驗證明了普通量子測量的單嚮導引確實存在。

在理論的指導下，兩個研究小組不但設計了用於導引的最理想的雙光子糾纏態，而且發展出用於檢測導引的新方法——通過驗證糾纏雙方的關係是否滿足某一不等關係。通過相似的實驗裝置，他們使粒子處於一種單嚮導引態（Alice可以控制Bob，反之卻不行）。格里菲思大學的實驗團隊證明了這種單嚮導引即使在測量次數任意大時也能出現。在單靠量子糾纏不能滿足需求時，這種非對稱導引可以實現量子密匙分配。舉個例子：如果一個組織中的一員不信任她自己的設備，這時在單向情況下採用量子糾纏驗證的方法是沒有用處的。

原文鏈接：

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.160403

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