量子“通电话”：科学家实现两个遥远原子的量子纠缠

这一成果还有望释放未来制造量子计算所需微芯片的潜力。

澳大利亚的研究人员已经成功在两个遥远的硅原子之间建立"量子纠缠态"。新南威尔士大学的工程师们能够以电子为桥梁建立这种纠缠态。量子纠缠态是一种物理现象，两个独立的粒子紧密联系在一起，不再独立运动。新南威尔士大学工程师实现的这一进展是量子计算领域的重大进步，有助于建造大规模量子计算机 —— 这是21世纪最激动人心的科学和技术挑战之一。

研究人员利用两个原子核的自旋创造了量子纠缠态。这一成果还有望释放未来制造量子计算所需微芯片的潜力。论文第一作者霍利·斯坦普博士说："我们成功让两个最纯净、最孤立的量子物体在标准硅电子器件的制造尺度上实现了'对话'。"

这项研究发表在美国《科学》周刊上，研究展示了在硅器件中两个相距20纳米的磷原子核之间的双量子比特控制Z逻辑操作。每个原子分别束缚电子，其交换相互作用介导了核双量子比特门。研究人员在研究中表示："我们制备并测量了保真度为76−5+5%、并发率为0.67−0.05+0.05的核贝尔态。有了这种方法，未来在按比例放大半导体自旋量子比特方面取得的进展可以扩展到基于核自旋的量子计算机的开发。"

在新南威尔士大学进行这项研究、目前在波士顿麻省理工学院担任博士后研究员的斯坦普说："大多数人认为电子是最小的亚原子粒子，但量子物理学告诉我们，电子有能力在空间中'伸展'，因此它可以与多个原子核相互作用。""即便如此，电子可以伸展的范围是相当有限的。此外，向同一个电子加入更多原子核使得单独控制每个原子核变得非常困难。"

斯坦普强调说，打个比方，可以说到目前为止，原子核就像待在隔音房间里的人。斯坦普说，只要大家都在同一个房间里，他们就可以互相交谈，而且谈话非常清晰。但他们听不到外面的任何声音，而且房间里只能容纳这么多人。斯坦普说："有了这项突破，就好像我们给了人们电话，可以与其他房间的人交流。所有房间内部仍然非常安静，但我们现在可以让更多的人交谈，即使他们相距遥远。" "电话"其实就是电子。

论文的另一位作者马克·范布兰肯斯解释说，通过它们在空间中伸展的能力，两个电子可以在很远的距离上"接触"彼此。布兰肯斯说："如果每个电子都直接与一个原子核耦合，原子核就可以通过这种方式进行交流。"研究人员还指出，这种方法非常强大且可扩展。他们只用了两个电子，但研究人员称，未来他们甚至可以加入更多电子，迫使它们变成细长的形状，从而将原子核伸展得更远。

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