远程量子纠缠需要三向相互作用

解释实验的信息图。图片来源：RIKEN

一项理论研究表明，如果满足正确的条件，远程纠缠确实可以在绝对零度以上的温度下生存。

量子计算已被指定为计算的下一个革命性步骤。然而，目前的系统只有在接近绝对零度的温度下才实际稳定。来自日本研究合作的一个新定理提供了对哪些类型的远程量子纠缠在非零温度下存活的理解，揭示了宏观量子现象的基本方面，并指导了进一步理解量子系统的道路。

当事物变小时，精确到人类头发宽度的千分之一的规模，经典物理学的定律就会被量子物理学的定律所取代。量子世界是奇怪而奇妙的，科学家们还有很多关于它的东西还没有被理解。大规模或“宏观”量子效应在超导等非凡现象中起着关键作用，超导性是未来能量传输的潜在游戏规则改变者，也是量子计算机的持续发展。

在远程量子纠缠的帮助下，可以在特定系统中观察和测量这种尺度的“量子性”。量子纠缠，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）曾经将其描述为“远处的幽灵行动”，当一组粒子无法彼此独立描述时，就会发生量子纠缠。这意味着它们的性质是相互关联的：如果你能完全描述一个粒子，你也会知道关于它与纠缠在一起的粒子的一切。

远程纠缠是量子信息理论的核心，其进一步理解可能导致量子计算技术的突破。然而，长程量子纠缠在特定条件下是稳定的，例如在三个或更多方之间以及在接近绝对零度的温度下。在非零温度下，两方纠缠系统会发生什么变化？为了回答这个问题，东京RIKEN高级智能项目中心和横滨庆应义塾大学的研究人员最近在《物理评论X》上发表了一项理论研究，描述了二部分系统中在绝对零度以上的温度下的远距离纠缠。

“我们研究的目的是确定在任意非零温度下远程纠缠结构的局限性，”该研究的作者之一，RIKEN Hakubi团队负责人Tomotaka Kuwahara解释说，他在RIKEN高级智能项目中心进行了这项研究。“我们提供了简单的禁区定理，展示了什么样的长程纠缠可以在非零温度下生存。在高于绝对零度的温度下，材料中的粒子由于热能而振动和移动，热能作用于量子纠缠。在任意非零温度下，只有两个子系统之间不会存在长程纠缠。

研究人员的发现与之前的观察结果一致，即只有当涉及三个以上的子系统时，远程纠缠才会在非零温度下存活。结果表明，这是室温下宏观量子现象的一个基本方面，量子器件需要被设计成具有多方纠缠态。

“这一结果为更深入地了解远距离的量子纠缠打开了大门，所以这只是一个开始，”庆应义塾大学的Keijo Saito教授说，他是该研究的合着者。“我们的目标是在未来加深对量子纠缠与温度之间关系的理解。这些知识将激发和推动未来在室温下工作的量子器件的发展，使其变得实用。

虽然在稳定室温下工作的量子器件仍处于起步阶段，但量子纠缠似乎将“束缚”该领域的未来。