據(jù)來自美國斯坦福大學(xué)的報道，該校物理學(xué)家余利奧和他的科研團(tuán)隊讓相隔1.2英里的光子和自旋的電子發(fā)生了關(guān)聯(lián)。這項研究解決了量子物理學(xué)領(lǐng)域老大難問題——如何遠(yuǎn)距離傳輸“糾纏”的粒子。

量子糾纏是兩個或更多粒子在不同的空間即使相距千里也互相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。以糾纏的電子為例，電子自旋的方向有兩種，如果兩個電子發(fā)生了糾纏，它們的自旋方向也會發(fā)生聯(lián)系。愛因斯坦曾把這種現(xiàn)象稱為“幽靈般的行為”。電子被困在原子之中，所以糾纏的電子無法通過長距離直接發(fā)生“對話”，不過光子卻可以。因此，科學(xué)家可以先讓光子和電子發(fā)生所謂的“量子關(guān)聯(lián)”，這樣光子就可充當(dāng)信使的作用，傳達(dá)電子的自旋信息。

為實現(xiàn)這一目的，余利奧團(tuán)隊需要保證光子和電子在長距離傳輸中一直保持關(guān)聯(lián)，這是個很關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，因為光子在光纖電纜中傳輸時有改變方向的傾向。光子可有兩種方向——垂直或水平，不過如果光子的方向在途中發(fā)生改變，它與電子的關(guān)聯(lián)就消失了。余利奧設(shè)計了一種時間戳來將光子的到達(dá)時間與電子自旋發(fā)生關(guān)聯(lián)，這可以為每個光子提供參考信息來確認(rèn)它與哪個電子相互關(guān)聯(lián)。

為最終讓兩個從未謀面的電子在遠(yuǎn)距離發(fā)生糾纏，科研人員需要將分別與不同的電子發(fā)生關(guān)聯(lián)的光子通過光纖發(fā)送出去，讓它們在中間的分束器中匯合并互動，這就需要讓光子發(fā)生雙光子干涉。但是來源不同的光子會有不同的顏色或波長等，而波長不同的光子無法互相干涉。為克服這個困難，科研人員在光子傳輸前，讓其通過量子降頻變換器使波長達(dá)到一致，最終成功地讓光子為相距1.2英里的電子捎上了信兒。這項工作可為未來在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)高度安全傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)做鋪墊。余利奧補充道，與傳統(tǒng)計算機相比，量子超級計算機的速度將實現(xiàn)指數(shù)級的飛躍，而他們的研究也讓量子計算機離現(xiàn)實更近了一步。