导读
据奥地利科学技术研究所官网近日报道，该研究所的研究人员发现了一种采用机械振荡器来产生纠缠辐射的方法。该方法可能会在连接量子计算机时非常有用。
背景
纠缠，是量子世界中的一种典型现象。它不存在于所谓的“经典世界”中。然而，经典世界与其中的物理定律主宰着我们的日常生活。
采用自发参量下转换技术制备纠缠的光子对（图片来源：维基百科）
量子纠缠，是一个违反直觉的量子力学特性。它是指在由两个或两个以上粒子组成的系统中，粒子之间相互影响的现象。无论两个粒子之间相距有多遥远，一个粒子的行为将会影响另一个的状态。当其中一个粒子的状态由于被测量而发生变化时，另一个粒子的状态也会随即发生相应的变化。
这个现象由爱因斯坦发现，如今活跃地应用于量子密码学。据说，量子密码学将带来牢不可破的代码。
在城市中实现的量子加密通信（图片来源：SQO团队，渥太华大学）
但是，不仅粒子会受到纠缠的影响，就连辐射也会是纠缠的。
创新
近日，奥地利科学技术研究所（IST Austria）教授约翰内斯·芬克（Johannes Fink）课题组的物理学家们发现了一种采用机械振荡器来产生纠缠辐射的方法。论文作者们将这个方法发表在最近一期的《自然（Nature）》期刊上。该方法可能会在连接量子计算机时非常有用。
（图片来源：IST Austria / Philip Krantz, Krantz NanoArt）
技术
奥地利科学技术研究所（IST Austria）芬克教授课题组的博士后、这项研究的第一作者 Shabir Barzanjeh 解释道：“让我们想象一个具有两个出口的盒子。如果这两个出口相互纠缠，人们就可以通过观察另外一个出口来描述其中一个出口发出的辐射。”
纠缠的辐射以前就已经产生过，但是这项研究首次使用了机械物体。团队创造的硅梁长度达30微米，由一万亿（10^12）个原子组成，虽然在我们的肉眼看来非常小，但是对于量子世界来说却非常大。
Barzanjeh 表示：“对于我来说，这个实验从根本上讲非常有趣。问题是，我们可以用这么大的系统产生非经典的辐射吗？现在我们知道答案是肯定的。”
价值
然而，该设备也有实用价值。机械振荡器可以作为极度敏感的量子计算机以及光纤（在数据中心内及其他地方连接这些量子计算机）之间的一个纽带。Barzanjeh 表示：“我们已经为量子链路构造出一个原型。”
在超导量子计算机中，电子只能工作在极低的温度下，即“绝对零度（-273.15 °C）”以上的千分之几度。这是因为，这种量子计算机在微波光子的基础上运行，而微波光子对于噪音和损耗极度敏感。如果量子计算机中的温度升高，所有的信息都会被毁坏。因此，此时将信息从一台量子计算机转移至另外一台量子计算机几乎是不可能的，因为信息必须穿越过热以至于使其无法生存的环境。
从另一方面说，网络中的经典计算机通常通过光纤相互连接，因为光学辐射对于损坏或者毁坏数据的干扰有着很强的抵抗能力。
（图片来源：RMIT）
为了将这项技术成功应用于量子计算机，我们必须构建一个链路，将量子计算机的微波光子转化为光学信息载体；或者构造一个设备，生成纠缠的“微波-光学”场，作为量子隐形传态的资源。
（图片来源：Christoph Hohmann / 慕尼黑纳米系统研究）
这种链路可以作为室温光学和低温量子世界之间的桥梁，而物理学家们开发出的这个设备朝着这个方向迈进了一步。第一作者 Barzanjeh 表示：“我们构造的振荡器使我们离量子互联网又更近了一步。”
然而，这并不是该设备的唯一潜在应用。Shabir Barzanjeh 解释道：“我们的系统也可用于改善引力波探测器的性能。”
引力波频谱的源与探测器（图片来源：美国航空航天局戈达德太空飞行中心）
约翰内斯·芬克补充道：“原来，观测这种稳态纠缠场意味着，制造它的机械振荡器必须是一个量子物体。这个适用于任何类型的介质，并且不需要直接测量。所以在未来，我们的测量原理可以帮助证实或者证伪其他难以探究系统的潜在量子特性，比如生物体或者引力场。”
关键字
量子、计算机、光子、辐射
参考资料
【1】https://ist.ac.at/en/news/building-a-bridge-to-the-quantum-world/
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