(a)完全不相干的两输入态(S和A)不能通过不相干操作变为纠缠态;(b)另一方面,当输入态S具有任意非零的相干态,相干过程可通过不相干操作变为纠缠态。这一研究结果表明,此时,输入态的相干性与输出态的纠缠性是定量等效的。由等供稿。
-。量子相干和量子纠缠是量子化学的两大特点近日,化学学家研究结果表明这两种现象可通过操作等效,即这两种现象虽然概念完全不同,却是等效的这一发觉促使化学学家可以将在量子纠缠领域几六年的研究成果应用于研究较少的量子相干,大大拓展了量子技术的应用领域。
二者有着同族近亲的关系
虽然化学学家仍然都晓得相干和纠缠有着紧密的联系,但却不了解这三者之间的具体关系。
我们都晓得量子相干和量子纠缠均遵守叠加原理,即单个量子态可由多个不同态以不同的形式组合得到。量子相干遵照的是化学的波动性,假如将物体的波动性一分为二,则这两个波之间将发生相干干涉,因而叠加成一个态。叠加这一概念最着名的代表就是“薛定谔的猫”(德国化学学家薛定谔于1935年提出的有关猫既是死的又是活的这一知名思想实验的名子,它描述了量子热学的真相:粒子的个别特点难以确定,检测外力会改变其特点),即在一个密封袋子里可同时存在一种活与不活的相干态。相干同样还是量子估算的核心,估算中的量子比特即是0和1的叠加态,这就造成了量子估算比其他各类精典算法要快好多。当这种态退相干时,所有奇特的量子性能就消失了。
第二种现象,量子纠缠同样也包括叠加。但此时的叠加态是由两个纠缠粒子的共享态量子隐态传输,而不是单个粒子两个分波的叠加。量子纠缠的奇特之处在于两个纠缠粒子之间是十分紧密相连的,对其中任何一个粒子的检测会立刻影响到另外一个粒子,虽然两个粒子之间的距离相隔十分远。与相干类似,量子纠缠在量子科技中发挥着不可或缺的作用,例如在量子隐态传输,量子加密和量子密集编码等领域。
二者之间的转换
在近来发表于上的一篇文章中,来自美国,法国和美国的研究人员对于量子相干和量子纠缠三者之间的关系给出了一个简单却有力的答案。依据相关理论,两谁之间是定量等效或可通过运算等效。此项研究是由美国普利茅斯学院的副院长领衔,团队包括来自英国和美国的研究人员。
数学学在此问题上达成了共识,通常来说,一个系统中任意非零相干量可以转化因此系统和另一个最初不相干系统之间等量的纠缠态。关于相干态和纠缠态之间的转化这一发觉有着重要的意义。首先,这意味着量子相干态可通过纠缠态测定。为此,研究人员之前关于纠缠态的众多研究结果可用于相干态,而另一方面,我们晓得,研究人员对量子相干领域(量子光学之外的领域)的研究还较少。例如,这一发觉结果促使化学学家可以解决一个关于相干态几何测度的重要问题,由于纠缠态的几何测度是一个“完整的凸单调“(full)问题,也可应用于相干态的几何测度上。正如数学学家所解释的,这一发觉促使她们可以用两个中的一个去定义或量化另一个。
来自英国利物浦光子科学研究所的Alex(本文的作者之一)说道:“这一工作的重要性在于我们除了从定性的角度,更从定量的角度证明了相干和纠缠的关系。是,量子纠缠态的量化也引起了相干态的量化。这一概念可证明相干态的几何测度是一个有效的相干量化,这也解释了之前工作中尚待解决的一个问题。”物理学家还解释道:结果中关于相干和纠缠可通过运算的等效,并非意味着这三者完全相同,它们依然是两个完全不同的概念。
来自美国阿拉巴哈德-研究所的UttamSingh量子隐态传输,Dhar和Bera都表示:“尽管这三者的本质是相同的,即都是量子叠加,但相干和纠缠是两个完全不同的概念。例如,相干存在于单量子体系中,而纠缠并没有明晰的定义。更者,相干是在给定基上定义的,而纠缠在不同的局部基情况下是不变的简而言之。,相干和纠缠可通过运算等效,但两者却是两个完全不同的概念。”
未来的量子关联
量子相干和纠缠在运算的等效性对于包括量子信息理论到好多新兴领域注入量子生物和纳米热动热学都有着极其深远的影响。未来,化学学家还将深入研究这二者是否可以通过第二者实现互换,例如量子失谐,它与纠缠一样,描述了两个系统的另一种相关性。
的说道:“在未来,我们有着好多的计划在理论上,我们将努力构建一个统一的框架将不同量子方式解释,归类和量化,包括但不限于相干和纠缠,并将从运算的角度突出这二者之间的联系。我们可以在复杂体系的量子指标系统中使用一种指标来浏览,但是鉴定出在不同信息任务中必须的指标“。
“在应用层面上,我们正在深入研究噪音环境下侦测,量化和保持相干,纠缠和其他量子相关性的实验框架。更基础地,我们希望这种结果能激励我们去设计出一种可扩充且更有效的方式,因而将这三者之间的转化应用于实际技术中,让我们能更深入地了解量子世界与真实世界的界限“。