量子物理学家在 XNUMX 月庆祝诺贝尔委员会授予 期待已久 物理学奖授予 Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger，以表彰他们的先驱 量子纠缠研究. 但社区当然没有满足于现有的成就，2022 年还有许多其他令人兴奋的发展，很难只挑出几个亮点。 尽管如此，这里有一些在量子传感、量子信息、量子计算、量子密码学和基础量子科学领域对我们来说很突出的结果。
在量子力学中，离域原理指出，在某种手摇的意义上，一个量子粒子可以同时出现在多个地方。 与此同时，纠缠原理指出，量子粒子经历一种联系，这种联系允许一个粒子的状况决定另一个粒子的状况，即使距离很远。 XNUMX 月，美国科罗拉多州 JILA 的物理学家结合使用纠缠和离域来抑制噪声，这种噪声以前无法感知低于所谓的量子极限的加速度。 这个限制是由单个粒子的量子噪声设定的，长期以来一直是对量子传感器精度的重大限制。 因此，克服它是向前迈出的重要一步。
将量子信息从网络中的一个节点发送到另一个节点并不容易。 如果您对沿着光纤发送的光子中的信息进行编码，光纤中的损耗会侵蚀信号的保真度，直到信号变得不可读。 如果您改为使用量子纠缠直接传送信息，则会引入其他过程，唉，这些过程也会降低信号。 将第三个节点添加到网络中，作为荷兰 QuTech 的物理学家 在2021年，只会使任务更加困难。 这就是为什么 QuTech 研究人员通过中间节点 (Bob) 将量子信息从发送者 (Alice) 传送到接收者 (Charlie) 来延续他们早期的成功，如此令人印象深刻。 虽然 Alice-Bob-Charlie 传输的保真度仅为 71%，高于 2/3 的经典极限，但要实现这一目标需要研究人员结合和优化多个具有挑战性的实验。 Dave、Edna 和 Fred 节点会在 2023 年加入网络吗？ 我们拭目以待！
如果从这个列表的前两个亮点中看不清楚，噪声是量子科学中的一个大问题。 这对于计算以及传感和通信都是如此，这就是为什么纠正这些由噪声引起的错误如此重要的原因。 物理学家提出 几项进步 2022 年在这方面取得了进展，但最重要的一次发生在 XNUMX 月，当时奥地利因斯布鲁克大学和德国亚琛工业大学的研究人员首次展示了一整套容错量子操作。 他们的离子阱量子计算机使用七个物理量子位来构成每个逻辑量子位，加上“标志”量子位来表示系统中存在危险错误。 至关重要的是，系统的纠错版本比更简单的未纠正版本表现更好，说明了该技术的可能性。
信息安全是量子密码学的 USP，但信息的安全取决于链中最薄弱的环节。 在量子密钥分发 (QKD) 中，一个潜在的薄弱环节是用于发送和接收密钥的设备，即使密钥本身是安全的，它们也容易受到常规黑客攻击（例如有人闯入节点并篡改系统）量子的。 一种替代方法是使用与设备无关的 QKD (DIQKD)，它使用光子对中贝尔不等式的测量来确认密钥生成过程没有被篡改。 1.5 月，两个独立的研究小组首次通过实验证明了 DIQKD——在一个案例中，他们在八小时内生成了 95 万个纠缠的贝尔对，并使用它们生成了一个 884 位长的共享密钥。 尽管密钥生成率需要更高才能使 DIQKD 对现实世界的加密网络具有实用性，但原理证明令人惊叹。
此突出显示列表中的其他纠缠粒子都是相同的：光子与其他光子纠缠，离子与其他离子纠缠，原子与其他原子纠缠。 但量子理论中没有任何东西要求这种对称性，而新兴的新型“混合”量子技术实际上依赖于混合。 输入由 阿明·费斯特 德国马克斯·普朗克多学科科学研究所的一位科学家在 XNUMX 月展示了他们可以使用环形光学微谐振器和一束以切线穿过环的高能电子束来纠缠电子和光子。 该技术适用于称为“先驱”的量子过程，在该过程中检测到纠缠对中的一个粒子表明另一个粒子可用于量子电路——这是今天的基本进步如何推动明天的创新的一个很好的例子。
一袋量子怪异的东西
最后，按照传统（我们已经做到了 两次，因此这是一个传统），如果不对该领域中所有奇怪和令人难以置信的事物点头致意，任何量子亮点列表都是不完整的。 那么让我们听听美国研究人员使用量子处理器来 模拟通过时空虫洞的信息传送; 意大利和法国的一个小组，他们对 不可区分光子的不可区分性; 一个国际团队使用量子违反经典因果关系来 更好地理解因果关系的本质; 和英国爱丁堡大学的一对勇敢的物理学家，他们表明量子信号将是一种很好的方法 技术先进的外星人建立联系 跨越星际距离。 感谢您让量子保持怪异！
