牛津大学科学家达成 10 秒量子纠缠创纪录，助力量子计算网络发展

牛津大学的科学家们利用两种不同的原子——锶和钙，开发出量子网络，并达成了创纪录的纠缠时间，长达 10 秒。这一成就为原子之间更长的纠缠时间铺平了道路，这对于发展分布式量子计算网络至关重要。量子物理学中最具前景的进展之一是量子计算技术的发展。量子计算机使用量子位元（qubits）来存储和处理信息。与传统的位元只能存储 0 或 1 的值不同，量子位元可以同时存储 0 和 1 之间的多个值，并同时用于信息处理。

因此，量子位元在处理大量数据方面提供了指数增长的能力，这可能有助于解决即使是当今最快的超级计算机也需要数十年才能解决的问题。量子计算机因此被视为计算的下一个前沿。

量子纠缠的重要性

然而，可扩展量子计算的关键组件是量子纠缠。纠缠为何重要？尽管量子位元可以同时存储多个值，但它的真正实用性在于与多个其他量子位元相连接，这使得可以同时探索大量的相关性。这只有在量子位元与另一个量子位元纠缠时才能实现，即一个的状态决定了另一个的状态，即使它们可能并未物理相连。纠缠还有助于构建多量子位元逻辑门，使量子位元能够比标准单位更动态地互动，因为标准单位通常较为独立。

它还使量子计算机能够在计算中处理更复杂的数据结构，解决一些世界上最棘手的问题。最重要的是，纠缠使量子传送和不同量子处理器可以在不实际共享量子位元的情况下共享信息，这促进了分布式量子基础设施的建设，从而有助于建立大规模的量子计算能力。

牛津大学的实验方法

牛津大学的研究将如何帮助未来的量子计算？在实验中，牛津的研究人员使用了锶原子和钙原子，并将它们放置在两个不同的位置。虽然光线连接锶原子，但研究团队使用本地操作将量子纠缠扩展到钙原子，创建了一个涉及所有四个原子的共享量子状态。研究人员使用钙的原因是它对磁噪音的敏感度低于锶，并且可以用来更长时间地保留量子状态。牛津的研究人员 Dougal Main 在新闻稿中表示：“不同类型的原子为量子应用提供了不同的优势和劣势。

拥有多种原子类型的量子计算机可以让您获取每种原子的最佳特性。”

研究人员通过保持量子纠缠达到 10 秒的成果，与使用相同原子组合仅能达到几毫秒的效果相比，展示了使用不同原子的好处。参与此工作的牛津大学研究人员 Gabriel Araneda 在新闻稿中表示：“这可能有助于使未来的量子网络能够完成需要多个远距离原子共享和保留相同量子状态的任务。”这可能包括量子计算、跨遥远位置进行的更灵敏测量，以及不同类型原子钟之间的比较。

研究人员将这些发现发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）期刊上。

量子计算的未来潜力

牛津大学的研究显示，量子纠缠在量子计算中的重要性，特别是其在分布式量子计算网络中的应用。通过使用不同类型的原子，研究人员能够延长纠缠时间，这对于未来的量子技术发展至关重要。量子位元的特性使其在处理复杂数据时具备优势，并能解决传统计算无法轻易应对的问题。这些进展不仅有助于量子计算的实用性，还可能推动量子通信和测量技术的发展，进一步拓展量子科技的应用范围。