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這聽起來像是綜合格鬥比賽中的決勝局:糾纏猝死,或ESD。實際上,這是一種神秘的現象,透過這種現象,糾纏的量子物體——例如兩個電子,它們的屬性透過跨越空間的瞬時連線聯絡在一起——可以突然斷絕它們的關係。
在經典的物理系統中,衰減通常是漸近的——也就是說,兩個物體之間的關聯接近但永遠不會達到零。但是ESD不遵循這種模式——當它發生時,糾纏程度在有限的時間內降至零,徹底切斷量子連線。
在本週《科學》雜誌的一篇綜述文章中,新澤西州霍博肯市史蒂文斯理工學院的物理學家於霆和羅切斯特大學的約瑟夫·埃伯利探討了這種現象及其對量子計算未來的意義。(他們曾在2007年在同一期刊上發表過一篇類似的論文,作為對同期研究的評論,該研究是最早實驗驗證ESD存在的論文之一。)於霆和埃伯利在本週的論文中寫道,本質上,ESD仍然是一個謎,並且可能在開發依賴糾纏的量子系統(例如資訊的傳輸和儲存)中引起問題。
特別是,當兩個環境“噪聲”源共同作用破壞糾纏態時,可能會出現ESD。每個噪聲源單獨會導致更緩慢的漸近衰減,但它們共同作用可以觸發ESD。這可能對量子計算具有實際意義,因為我們的世界充滿了持續的波動——即使是真空也充滿了能量的振動。“實際上,”於霆說,“多種噪聲幾乎是普遍存在的。”
於霆說,量子儲存器——以量子位元或量子位形式長期儲存資訊——將最容易受到ESD的影響,因為更短暫的過程理論上可以足夠快地加速完成,從而在ESD發生之前完成。
馬里蘭大學帕克分校領先的量子資訊小組負責人、物理學家克里斯托弗·門羅認為,實用量子系統的速度將消除大多數對ESD的擔憂。“我認為這個概念是描述糾纏的一個有趣的新角度,”他說,“儘管它可能不會影響或增加構建用於量子資訊科學和基礎量子物理學應用的大型糾纏態的障礙。”
門羅指出,如果要構建可行的量子計算機或資訊處理系統,“我們需要近乎完美的糾纏態”,並補充說,這種糾纏的強度可能會排除ESD。“糾纏猝死的[上限]閾值遠低於我們目前追求的更嚴格的閾值,”他說。
與此同時,“量子糾纏的概念仍然模糊不清,”門羅說,像ESD這樣的概念“有望幫助我們更好地瞭解糾纏是什麼以及意味著什麼。”