量子物理學新發現：光學圖形狀態後可選性的硬限制

自從20世紀初發現量子力學以來，物理學家一直依靠光學來檢驗其基本原理。即使在今天，線性量子光學——單個光子在鏡子、波板和分束器中如何表現的物理學——在多黨糾纏的觀察、量子非局域性的測試以及解決有關現實本身本質的基本問題方面仍處於領先地位。眾所周知，光線會避免相互作用。一束光不會輕易地影響到第二束光的任何東西——它們只是通過干擾疊加在一起，繼續工作。到目前為止，量子力學測試依賴於我們產生光的狀態的能力，在測量所有光子時，可以篩選出測量模式的一個子集——那些期望的相互作用已經發生的模式。物理學家稱這種技術為「後選擇」。

博科園-科學科普：布里斯托爾大學(University of Bristol)量子光子學中心(Centre for Quantum Photonics)的一個研究小組的新工作，揭示了通過後選擇可以進行的量子運算的基本限制。隨著物理學家建立越來越大的光量子態，僅使用後選擇就能得到越來越少的糾纏態。布里斯托爾團隊發現，隨著後選擇方案的複雜性增加，想要的交互狀態(最初很容易從較大的狀態篩選出來)開始表現得與雜訊難以區分，這使得後選擇成為不可能。每個光子都可以攜帶量子信息的一個量子比特，或稱「量子位」，用於從量子計算到量子通信的各種應用。

關於六量子點陣圖態的概念藝術圖，在本作品中討論，以及它在局部互補後的對應，這種狀態可以通過線性光學和後選擇實現。圖片：J. Silverstone, University of Bristol

糾纏態的一個重要類別是「圖態」，之所以這樣稱呼是因為它們的糾纏可以被可視化為圖的量子位節點之間的連接。研究人員將後可選性啟發式應用於圖形狀態，將最多9個量子位的圖形編入可後可選目錄，結果發現這些圖形不到總數的五分之一。對於更大的量子系統，這一比例預計將大幅下降，從而限制了當今量子光子技術所能達到的糾纏態，並加強了對產生和糾纏光子的新技術的需求，這項研究發表在2018年11月28日的《量子科學與技術》上。

這項新研究的主要作者傑里米?阿德科克(Jeremy Adcock)表示：儘管我們的後選擇規則表明，大多數州都是禁區，但它們也告訴我們如何構建最複雜的實驗。領導該項目的喬舒亞·西爾弗斯通博士(Joshua Silverstone)是布里斯托爾大學(Bristol)的Leverhulme早期職業研究員表示：人們多年來就知道選後的問題，但值得注意的是，只有現在我們才能看到它的根本局限。後選擇仍然有一些爭論，但這項工作應該真正讓人們思考光學量子技術的現代方法。

博科園-科學科普｜研究/來自：布里斯託大學

參考期刊文獻 :《量子科學與技術》

博科園-傳遞宇宙科學之美

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！