量子耗散可产生持续稳定纠缠

2011-8-30 09:34 来源: 中国科学院
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  量子耗散是指在量子开系统中,物体与环境发生能量交换或信息交流,导致相干性退失,因此,两个物体要发生纠缠,一般要让它们和外界环境的相互作用尽可能地小。据美国物理学家组织网近日报道,丹麦歌本哈根大学物理学家通过实验证明,量子耗散能在两个宏观物体之间形成持续稳定的量子纠缠,该发现为制造量子纠缠提供了一种全新的方法。相关论文发表在最近出版的《物理评论快报》上。

  哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究院的尤金·波里克教授和同事多年来一直在研究各种量子纠缠。他们曾经预测,耗散在两个系统中很常见,且能驱使它们形成纠缠状态。在最新实验中,他们结合了耗散机制和持续测量方法,让含有1万亿个铯原子的两团铯气体在室温下保持稳定纠缠达1个小时。

  实验中,研究人员将两团铯放入两个2.2立方厘米的容器中,容器置于真空极化磁场中,相距0.5米。通过控制磁场并用激光作为“光泵”来吸取原子,在两团原子的整体系统中形成了耗散。“此前的研究中,耗散是每团原子独立发生的过程。而我们的研究把耗散设计成两团原子系统共同的过程。”波里克说。

  波里克解释说:“产生量子叠加和纠缠的共同特征是,系统的最终状态具有不确定性,有两个或更多结果,无法判断它们倒向何种结果。在我们为两团原子系统设计的耗散环境下,也无法确定导致耗散的光子是从哪一团原子发射出来的。这种两个系统的量子相干有两个耗散路径,是形成纠缠的关键因素。”

  在以前的实验中,他们曾让一种半稳定的纠缠状态持续了0.015秒,加上“光泵”以后,虽然这一过程是非连续的,但却能将纠缠时间延长0.04秒。最后,他们将持续测量结果和耗散过程结合在一起,在室温下能生成稳定的纠缠状态达1个小时。

  “这种纠缠状态随时都能产生,对一些需要用到复杂纠缠的网络而言,比以相干为基础的方法更有优势。”波里克说,“从理论上来说,耗散产生的纠缠能存在任意长时间,也不需要给系统准备一个特殊的输入状态。这种方法使形成远距离、高稳定的纠缠状态成为可能,在量子信息协议中更有优势。”

  此外,利用耗散而不是相干来产生量子纠缠,代表了该领域一个观念上的变化。波里克说:“我们第一次证明了纯粹的耗散纠缠,这在量子信息处理和其他领域都具有重要应用价值。更重要的是我们迈出了第一步,证明了如何通过耗散来生成纠缠,能帮助更多科学家利用耗散机制来研究量子计算和量子通讯。”