關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。 透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
糾纏，這種最違反直覺的量子現象，粒子透過一種看不見的連結共享並對齊它們的屬性，現在看起來越來越平常了。就在上週，兩組研究人員報告稱，他們將一個光子與一種基於晶體的裝置糾纏，這可能為固態儲存器鋪平道路，這種儲存器可以儲存並根據需要釋放糾纏粒子。
又一週，又一項進展。在1月19日線上發表在《自然》雜誌上的一篇論文中，一個物理學家團隊宣佈，他們已經開發出批次生產糾纏粒子對的能力，一次數十億對。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）這項進展可能在未來實現量子處理器的簡化開發，該處理器具有大量並行工作的量子位元。
牛津大學的研究生斯蒂芬妮·西蒙斯和她的同事在嵌入矽晶體中的磷原子中建立了糾纏態，將每個原子核的自旋與其一個電子的自旋糾纏起來。（自旋是類似於微型條形磁鐵指向的量子屬性——原子核或電子可以向上或向下自旋。）“這是首次演示可重複的、按需的自旋集合糾纏，”她說。
摻磷矽在固態量子計算和量子資訊處理方面具有前景，因為每個磷原子都有一個相對自由的電子，可以進行操縱，並且資訊可以編碼在該電子的自旋和原子核本身的自旋上。基於矽的量子器件為與現有經典電子器件整合提供了相對清晰的途徑。但沒有人證明能夠在這種矽晶體中大規模生產糾纏，這對於固態量子資訊處理的某些實現是必要的。
透過一系列射頻和微波脈衝，西蒙斯和她的同事將矽晶體中大約100億個磷原子設定為糾纏態，其中每個原子都處於兩種狀態的疊加態——原子核和電子在一個狀態中都處於自旋向上配置，或者在另一種狀態中都處於自旋向下配置。測量原子核或電子的自旋會將原子的疊加態坍縮為兩種可能狀態之一。“如果你測量給定電子的向上自旋，你就知道原子核是向上的，”西蒙斯說。（糾纏態並非完全純淨，因此一些原子沒有合作。）
最終，糾纏粒子對的集合可以在量子計算機中用作量子位元，或稱qubit。量子位元同時處於0和1狀態，並透過糾纏與其鄰居相互作用的能力，將使量子計算機在普通機器上獲得巨大的優勢。一個基於糾纏自旋集合的強大量子計算機不需要接近100億個量子位元，但它需要某種方式將量子資訊從一個量子位元移動到下一個量子位元——也許是透過誘導磷電子在原子之間跳躍。西蒙斯說，如果能夠實現這一壯舉，將有助於繞過逐個新增糾纏量子位元的困難，從而實現更具可擴充套件性的量子計算方法。