纠缠测量有望实现更高效的量子网络

　　状态检测器：测量设备的图形表示。（来源：克里斯托夫·霍曼（Christoph Hohman）
　　在未来的量子通信网络中，一个关键的资源是纠缠:一种量子关联，可以在网络的遥远节点之间发展，例如。测量节点状态的特殊方法可以产生纠缠或保护已经存在的纠缠不受破坏性环境影响。德国马克斯·普朗克量子光学研究所(MPQ)的格哈德·伦佩(Gerhard Rempe)领导的科学家已经对两个遥远的原子量子位实施了这样的测量。量子比特的最终状态对理想纠缠态有67%的＂保真度＂。 Bell态的两个纠缠量子位
　　两个经典位可以以四种状态之一存在:00、01、10或11。两个量子比特，或量子位，也可以在其中一个状态下制备，但它们的波状特性意味着它们也可以采用相位因子，然后组合。已知有四种组合特别有趣:00和11的同相和反相组合(标记为φ+和φ -)以及01和10的同相和反相组合(标记为ψ+和ψ -)。如果这两个量子位元在这四种状态中的一种被制成，也就是我们所知的贝尔态，它们就有最大的纠缠度。这意味着,例如,如果一个实验者,爱丽丝,措施第一个量子位的状态是否显示0或1,和她的同事鲍勃措施第二个量子位,鲍勃总是知道爱丽丝的测量结果(基于自己的测量)的随机结果没有问她。
　　或者，它们可以一起测量，而不是单独测量量子位。例如，Alice可能随机选择一个Bell状态，在这个选择的状态中准备两个量子位，然后让Bob通过测量量子位来发现她的选择。如果鲍勃分别测量它们，他将无法对爱丽丝的选择做出任何评价。相反，在回答爱丽丝的问题之前，他必须同时测量它们，最好是用bell状态测量法。
　　适当的bell状态测量可以区分所有四种状态，并称为＂完成＂。如果测量不仅决定了爱丽丝的选择，而且保持了两个量子位元之间的纠缠，那么它就被称为＂无损＂。尽管钟态测量对于许多量子处理任务来说是至关重要的，但它并不总是需要是无损的(甚至是完整的)。尽管如此，具有这些特性的测量将是产生纠缠的一个非常有用的工具。这种测量方法也可以用来使已经存在的纠缠不受环境噪声的影响，如果执行得非常有效并且重复得足够快的话——一种被称为量子芝诺效应的现象。 对遥远原子量子位的正确钟态测量
　　在他们发表在《自然光子学》上的新研究中，Stephan Welte和他的MPQ同事描述了他们如何在两个遥远的量子位上实现完整的无损钟态测量。他们在高质量光学谐振器中捕获的铷原子中对每个量子位元进行编码。然后，他们准备了两个具有特定偏振的非常弱的光脉冲。每个脉冲与两个量子位相互作用，相互作用后，其极化被检测到。第一个脉冲决定了两个量位上的Bell态测量结果是φ型Bell态还是ψ型Bell态，第二个脉冲决定了Bell态测量结果是正型还是负型。
　　在这个装置中，从第一个量子位开始，每个光脉冲通过一个60米的光纤到达第二个量子位。虽然类似的测量协议以前已经在IBM的五量子位芯片中彼此相距非常近的量子位上实现，但在遥远的量子位上实现对于量子网络来说很重要，因为量子位内存位于网络的遥远节点上。＂从概念上讲，IBM芯片的工作与我们的类似，＂MPQ研究的合著者埃马努埃莱·斯坦特解释说。＂主要区别在于，我们测量的是通过网络中的光纤连接的遥远量子位。＂ 展望改进和发展
　　在这项工作中，测量后的两个量子位的状态并不是它应该是的Bell状态。相反，它的平均＂保真度＂约为67%——保真度是衡量量子态之间相似性的标准标准。这个值并不理想。然而，它超过了保证两个量子位虽然没有最大纠缠，但仍然纠缠的阈值。此外，对系统缺陷的模拟表明，保真度可以提高到约90%。
　　另一个实际问题是，光脉冲有时在实验结束时没有被探测到，这预示着系统完成任务的彻底失败。这使得测量系统效率低下，但研究人员表示，可以通过减少光学损耗和其他技术进步来改善这种低效率。
　　除了这些改进，该小组表示，测量和纠缠三个或更多量子位元将是未来研究的＂一个迷人的途径＂。＂我们的测量可以放大到更大数量的量子位，＂distance说。＂原则上，许多节点可以连接起来，光子可以飞进光纤，与节点上的原子相互作用。这样，未来就有可能测量更多连接量子位元的纠缠态。＂