牛津大學科學家達成 10 秒量子纏結創紀錄，助力量子計算網絡發展

牛津大學的科學家們利用兩種不同的原子——鍶和鈣，開發出量子網絡，並達成了創紀錄的糾纏時間，長達 10 秒。這一成就為原子之間更長的糾纏時間鋪平了道路，這對於發展分佈式量子計算網絡至關重要。量子物理學中最具前景的進展之一是量子計算技術的發展。量子計算機使用量子位元（qubits）來存儲和處理資訊。與傳統的位元只能存儲 0 或 1 的值不同，量子位元可以同時存儲 0 和 1 之間的多個值，並同時用於資訊處理。

因此，量子位元在處理大量數據方面提供了指數增長的能力，這可能有助於解決即使是當今最快的超級計算機也需要數十年才能解決的問題。量子計算機因此被視為計算的下一個前沿。

量子糾纏的重要性

然而，可擴展量子計算的關鍵組件是量子糾纏。糾纏為何重要？儘管量子位元可以同時存儲多個值，但它的真正實用性在於與多個其他量子位元相連接，這使得可以同時探索大量的相關性。這只有在量子位元與另一個量子位元糾纏時才能實現，即一個的狀態決定了另一個的狀態，即使它們可能並未物理相連。糾纏還有助於構建多量子位元邏輯閘，使量子位元能夠比標準單位更動態地互動，因為標準單位通常較為獨立。

它還使量子計算機能夠在計算中處理更複雜的數據結構，解決一些世界上最棘手的問題。最重要的是，糾纏使量子傳送和不同量子處理器可以在不實際共享量子位元的情況下共享資訊，這促進了分佈式量子基礎設施的建設，從而有助於建立大規模的量子計算能力。

牛津大學的實驗方法

牛津大學的研究將如何幫助未來的量子計算？在實驗中，牛津的研究人員使用了鍶原子和鈣原子，並將它們放置在兩個不同的位置。雖然光線連接鍶原子，但研究團隊使用本地操作將量子糾纏擴展到鈣原子，創建了一個涉及所有四個原子的共享量子狀態。研究人員使用鈣的原因是它對磁噪音的敏感度低於鍶，並且可以用來更長時間地保留量子狀態。牛津的研究人員 Dougal Main 在新聞稿中表示：「不同類型的原子為量子應用提供了不同的優勢和劣勢。

擁有多種原子類型的量子計算機可以讓您獲取每種原子的最佳特性。」

研究人員通過保持量子糾纏達到 10 秒的成果，與使用相同原子組合僅能達到幾毫秒的效果相比，展示了使用不同原子的好處。參與此工作的牛津大學研究人員 Gabriel Araneda 在新聞稿中表示：「這可能有助於使未來的量子網絡能夠完成需要多個遠距離原子共享和保留相同量子狀態的任務。」這可能包括量子計算、跨遙遠位置進行的更靈敏測量，以及不同類型原子鐘之間的比較。

研究人員將這些發現發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）期刊上。

量子計算的未來潛力

牛津大學的研究顯示，量子糾纏在量子計算中的重要性，特別是其在分佈式量子計算網絡中的應用。透過使用不同類型的原子，研究人員能夠延長糾纏時間，這對於未來的量子技術發展至關重要。量子位元的特性使其在處理複雜數據時具備優勢，並能解決傳統計算無法輕易應對的問題。這些進展不僅有助於量子計算的實用性，還可能推動量子通信和測量技術的發展，進一步拓展量子科技的應用範圍。