量子纠缠研究现状
量子纠缠现象的实验研究进展
量子纠缠现象的实验研究进展量子力学中最为神秘的现象之一就是量子纠缠(quantum entanglement)。
在经典物理学中,两个物体从来不会互相干扰,但在量子世界中,这种关系将会变得更加复杂。
当两个粒子相互作用并同时在某个特定的状态下,它们的状态就会变得纠缠在一起。
在这种纠缠状态下,当你测量其中一个粒子时,即使它与另一个粒子距离很远,也会立即影响到另一个粒子的状态,这看似超光速通信的现象被称为“量子非局域性”。
量子纠缠被看作是设计高速、安全并且高效的量子计算机所必需的关键技术之一。
除此之外,量子纠缠还被广泛应用于单光子通讯、超精密测量、量子密钥分发等一系列领域。
因此,量子纠缠的研究一直位于量子物理学研究的前沿,并且引起了许多科学家的研究兴趣。
本文将会详细介绍量子纠缠现象的实验研究进展。
I. 首次实验观测量子纠缠在1997年,奥地利物理学家安东尼·泽尔格和他的团队首次实验观测到了量子纠缠现象。
他们以BBO水晶作为非线性材料,使用超短脉冲激光进行实验,成功地产生了一个对儿量子态。
接着,他们测量了其中的一个量子,瞬间发现另一个量子也发生了极化。
这被认为是量子纠缠现象的首次实验观测。
II. 绿色存储实现的纠缠态分布绿色存储技术可以将电子云的激发状态被同步分发到延长10纳秒的时间内,从而提供了一个新思路去形成量子纠缠。
在2013年的一项研究中,加利福尼亚大学伯克利分校的研究团队实现了绿色存储实现的纠缠态分布。
该团队通过把超快速激光束派生成短光脉冲,并且通过玻色-爱因斯坦凝聚来储存光子,最终实现了纠缠态的成功创建。
III. Bell实验1964年,物理学家约翰·斯图尔特·贝尔提出了一个理论:贝尔不等式,来检测量子纠缠的存在性。
这个理论不仅倍受好评,更是被实验出来证实了贝尔不等式的预测。
在1981年的一项实验中,费利克斯·布洛伊德教授和他的团队成功地测试了贝尔不等式,并证明了量子力学在非局域性问题上的优越性。
量子计算技术的研究现状与发展趋势调研
量子计算技术的研究现状与发展趋势调研近年来,随着科技的迅猛发展,量子计算技术逐渐成为研究的热点,引起了广泛的关注和探讨。
本文将从量子计算技术的研究现状和发展趋势两个方面进行调研,以期为读者提供了解该领域的全面了解。
一、研究现状1. 量子计算的基本原理量子计算是利用量子力学原理进行信息处理的一种新型计算方法。
与传统计算机使用的比特(0和1)相比,量子计算机使用的是量子比特(Qubit),它可以同时处于0和1的叠加态,从而大大提高了计算效率和速度。
2. 实现量子计算的技术路线目前,实现量子计算的主要技术路线包括超导量子比特、离子阱量子比特、拓扑量子比特等。
每一种技术路线都有其优势和挑战,科研人员正致力于解决它们的问题,推动量子计算技术的进一步发展。
3. 当前研究热点当前,围绕量子计算技术的研究主要集中在量子比特的控制与操作、量子纠缠与量子态传输、量子错误纠正等方面。
这些研究旨在提高量子计算的稳定性、准确性和可靠性,以便更好地应用于实际生活中的问题。
二、发展趋势1. 应用前景广阔量子计算技术具有超强的计算能力,可以在短时间内处理传统计算机无法解决的大规模计算问题。
因此,它在加密通信、精确制药、金融风险评估等领域具有巨大的应用潜力。
2. 关键技术突破尽管量子计算技术面临很多挑战,但近年来取得了一些关键的技术突破。
例如,实现了针对少量比特的量子计算、构建了可扩展的量子比特等。
这些突破为量子计算技术的进一步发展奠定了基础。
3. 国际竞争加剧目前,全球范围内的许多国家和企业都投入了大量的资源进行量子计算研究。
例如,美国成立了国家量子计算倡议、中国启动了量子科学实验卫星等。
各方对于量子计算技术的竞争将更加激烈,未来将会涌现更多的创新成果。
结语量子计算技术作为未来计算科学的重要方向之一,其研究现状和发展趋势备受关注。
通过本文的调研,我们了解了量子计算的基本原理、实现技术路线以及当前的研究热点。
同时,我们也看到了量子计算技术的应用前景广阔和关键技术的突破。
量子纠缠的应用与前景
量子纠缠的应用与前景量子纠缠是一种奇妙的现象,是量子物理学中一个极其重要的概念,目前也是研究人员们最为感兴趣的领域之一。
量子纠缠是指两个或更多个量子系统之间的特别联系,这种联系可以让它们在某些方面变得“好像同时存在”。
量子纠缠不仅是量子力学的基本原理,而且已经在许多领域中发挥着重要的作用,包括量子计算、量子通信、量子加密等等。
量子计算量子计算是利用纠缠状态实现的一种计算方式。
与经典计算机只能处理二进制的0和1不同,量子计算机可以同时处理0和1的量子位,使得计算能力大大提高。
量子纠缠的优点在于可以让这些量子位之间的关系可以同时变化,而在经典计算机中,这种变化是不可能实现的。
当前,量子计算机还处于发展的初期,但已经有各种成功的实验。
例如,谷歌的Sycamore量子计算机可以在几分钟内解决传统计算机需要超过10,000年才能解决的问题。
因此,未来发展更加快速的量子计算机,相信将会带来人类历史上的颠覆性变革。
量子通信另外,量子纠缠还可以用来实现量子通信。
量子通信利用量子纠缠的特性,可以在通信过程中实现信息的绝对安全性和完整性。
因为一旦量子系统呈现出纠缠状态,它们的状态将变得不可分解,任何人都无法检测或拷贝这种状态,不存在第三方的监听和干扰。
在量子密码学中,先生成一对量子纠缠态的粒子,分别送到通信的两端,此时两端的粒子呈现出纠缠状态,当其中一个粒子被观察时,另一个粒子的状态也会同步改变,因此,这种通信方法不仅能够保证信息的机密性,而且能够做到信息传输的完整性。
量子加密技术除了量子通信,利用量子纠缠还可以不担心有人窃取密码,这是量子加密技术的基础。
经典密码技术可以被破解,并不是特别安全,但是量子加密技术可以给我们一个完美的保障。
这就需要利用量子纠缠,将两个子系统之间的关系变得不可分离,保证密钥的安全。
利用量子纠缠的加密技术可以确保只有受信任的人才能解密。
这种技术的核心是利用量子纠缠生成安全密钥,并且在通信过程中能够实现信息的绝对安全性和完整性。
量子纠缠的应用方法和未来发展趋势
量子纠缠的应用方法和未来发展趋势量子纠缠是量子力学中的重要现象,它描述了两个或多个量子系统之间的优势关系。
纠缠态被广泛应用于量子通信、量子计算和量子精密测量等领域。
本文将讨论量子纠缠的应用方法和未来发展趋势。
首先,量子纠缠在量子通信领域具有重要应用。
量子纠缠状态的特殊性质使其成为安全通信的关键元素。
量子纠缠可以用于量子密钥分发、量子隐形传态和量子密码等技术。
其中,量子密钥分发技术利用纠缠态的非克隆性质,实现了安全的通信方式。
通过测量纠缠态的某个量子比特,通信双方可以确认是否存在窃听者。
量子隐形传态则允许通过纠缠态传输量子信息,而不需要传输量子比特本身。
这些应用方法极大地提高了通信的安全性和效率。
其次,量子纠缠在量子计算中发挥着重要作用。
量子计算利用量子比特的叠加态和纠缠态,可以在一次计算中同时处理多个可能结果,从而大幅提升计算速度。
量子纠缠可以用于实现量子电路和量子算法。
量子电路是一种描述量子计算的模型,其中的量子门操作可以通过纠缠态实现。
例如,利用CNOT门和Hadamard门,可以构建大规模的量子纠缠网络。
量子算法中的Grover搜索和Shor因式分解等算法,也依赖于量子纠缠来实现高效的计算。
因此,量子纠缠在量子计算领域具有广阔的应用前景。
此外,量子纠缠在精密测量中也展现了巨大潜力。
量子纠缠可以用于提高测量的精确度和灵敏度。
例如,使用纠缠态的叠加性质,可以实现超分辨成像和量子测距等技术。
在超分辨成像中,通过利用纠缠态的空间关联特性,可以突破传统成像的分辨限制。
量子测距则利用纠缠态的相干特性,实现了对距离的精确测量。
这些应用方法为精密测量领域带来了新的突破和发展机遇。
未来,量子纠缠的发展趋势将聚焦于以下几个方面。
首先,随着对量子纠缠性质的深入研究,我们可以预见更多种类和更复杂的纠缠态将被发现和应用。
这将扩大量子纠缠的应用领域,并为量子通信和量子计算等领域带来更大的优势。
其次,量子纠缠的保持和传输技术将得到进一步提升。
量子纠缠的发展现状及未来趋势分析
量子纠缠的发展现状及未来趋势分析引言量子纠缠是量子力学中一种非常特殊且令人着迷的现象。
其在过去几十年中受到了广泛关注和研究。
本文将分析量子纠缠的发展现状,并对其未来趋势进行探讨。
1. 量子纠缠的基本概念量子纠缠是指两个或多个量子系统之间因为量子相互作用而产生的一种状态,使它们之间形成一种紧密的联系。
当一个系统发生变化时,纠缠系统中的其他系统也会立即发生相应的变化,即使它们之间的距离很远。
2. 量子纠缠的实验验证量子纠缠的存在在实验上得到了广泛的验证。
例如,著名的贝尔不等式实验验证了纠缠系统的非局域性。
实验中,两个纠缠的粒子被分开,分别测量它们的属性。
结果显示,它们的属性之间存在着高度的相关性,超越了经典物理学的解释。
3. 量子纠缠的应用量子纠缠具有广泛的应用潜力。
首先,它在量子通信领域中起着重要作用。
纠缠态可以用于量子密钥分发,提供更高的安全性。
其次,量子纠缠也可应用于量子计算。
纠缠态可以提供并行计算的能力,从而加快计算速度。
此外,量子纠缠还可以用于量子隐形传态,量子纠缠交换等。
4. 量子纠缠的发展现状目前,量子纠缠的研究已经取得了一系列重要的进展。
例如,科学家们已经实现了更高维度的量子纠缠,这有助于提高量子通信和量子计算的效率。
此外,研究者们还在探索如何在更大尺度上实现纠缠态,这对于量子信息处理的应用至关重要。
另外,量子纠缠与其他量子现象(如量子霍尔效应)的关系也成为研究的热点。
5. 量子纠缠的挑战然而,要实现量子纠缠的稳定性和可控性仍然面临着许多挑战。
一方面,纠缠状态很容易受到环境的噪声干扰,导致纠缠的破坏。
另一方面,纠缠的产生和探测仍然是一个复杂的过程,需要更加精确的实验技术和理论支持。
6. 量子纠缠的未来趋势尽管面临挑战,量子纠缠在未来仍然有着广阔的发展前景。
首先,随着技术的进步,我们有望实现更大规模和更稳定的量子纠缠。
其次,量子纠缠将在量子通信和量子计算领域发挥越来越重要的作用,推动这些领域的发展。
量子纠缠现象研究进展
量子纠缠现象研究进展量子纠缠是量子力学中一种非常特殊的现象,它描述了两个或多个量子系统之间的关联性,即使它们之间的距离很远。
这种关联性的存在导致了一系列奇异的现象,如量子隐形传态和量子纠缠密度矩阵的非局域性。
在过去的几十年里,量子纠缠的研究一直是量子信息科学领域的热点之一。
本文将介绍一些最新的研究进展,包括量子纠缠的生成、控制和应用。
首先,让我们来看看量子纠缠的生成方法。
目前,最常用的方法是通过量子比特之间的相互作用来实现。
例如,可以使用超导量子比特或离子阱中的离子来生成纠缠态。
在超导量子比特中,可以通过微波脉冲的作用使两个量子比特之间发生纠缠。
而在离子阱中,可以通过激光的作用来实现纠缠。
此外,还有一种新颖的方法是使用拓扑量子态来生成纠缠。
拓扑量子态是一种具有非常强大的抗噪性的量子态,它可以通过调整系统的拓扑性质来实现纠缠。
其次,我们来看看量子纠缠的控制方法。
量子纠缠的控制是实现量子计算和量子通信的关键。
目前,研究人员已经开发出了许多控制方法,如量子纠缠的创建、操控和检测。
例如,可以使用量子门操作来实现量子纠缠的创建和操控。
量子门操作是一种能够改变量子比特状态的操作,它可以将两个量子比特之间的关联性转化为纠缠态。
此外,还可以使用量子测量来检测和验证纠缠态。
量子测量是一种能够测量量子系统状态的方法,它可以通过测量两个量子比特之间的关联性来判断它们是否处于纠缠态。
最后,我们来看看量子纠缠的应用。
量子纠缠在量子计算和量子通信中有着广泛的应用。
在量子计算中,纠缠态可以用来实现量子比特之间的并行计算和量子纠错。
例如,可以使用纠缠态来实现量子比特之间的远程门操作,从而实现量子比特的并行计算。
在量子通信中,纠缠态可以用来实现量子隐形传态和量子密码。
量子隐形传态是一种能够实现量子信息的传输而不泄露任何信息的方法,它可以通过纠缠态的传输来实现。
而量子密码是一种能够实现量子信息的安全传输的方法,它可以利用纠缠态的特性来实现。
量子计算中的量子纠缠与应用研究分析探讨
量子计算中的量子纠缠与应用研究分析探讨在当今科技飞速发展的时代,量子计算作为一项具有革命性潜力的技术,正逐渐从理论走向实际应用。
其中,量子纠缠这一奇特的量子力学现象,无疑是量子计算领域的核心概念之一。
量子纠缠是指两个或多个量子系统之间存在一种非经典的关联,这种关联使得对其中一个系统的测量结果能够瞬间影响到其他系统的状态,无论它们之间的距离有多远。
这种“鬼魅般的超距作用”完全违背了我们日常生活中的直觉。
为了更直观地理解量子纠缠,让我们想象一个简单的例子。
假设有两个处于纠缠态的电子,一个在地球上,一个在火星上。
当我们在地球上对其中一个电子的自旋进行测量,并确定其为“上旋”时,那么瞬间,在火星上的那个电子的自旋就会确定为“下旋”,而且这个确定是同时发生的,不需要任何时间传递信息。
量子纠缠的特性为量子计算带来了巨大的优势。
在传统计算中,信息的基本单位是比特,它只能处于 0 或 1 的状态。
而在量子计算中,信息的基本单位是量子比特,它可以同时处于 0 和 1 的叠加态。
通过量子纠缠,多个量子比特可以协同工作,从而实现并行计算,大大提高计算速度。
量子计算中的量子纠缠在密码学领域有着重要的应用。
传统的密码学基于数学难题,如大整数分解等,随着计算能力的提高,这些密码系统的安全性受到了威胁。
而量子密码学基于量子力学的原理,利用量子纠缠来实现绝对安全的密钥分发。
由于量子纠缠的特性,任何对量子态的测量都会干扰其状态,从而被通信双方察觉,保证了密钥的安全性。
在优化问题方面,量子计算中的量子纠缠也能发挥重要作用。
许多实际问题,如物流路径优化、资源分配等,都可以转化为优化问题。
量子算法可以利用量子纠缠的特性,在搜索解空间时更加高效,从而更快地找到最优解。
然而,要实现量子计算中的量子纠缠并将其应用于实际,还面临着诸多挑战。
首先是量子系统的稳定性问题。
量子态非常脆弱,容易受到外界环境的干扰而退相干,导致量子纠缠的消失。
因此,如何保持量子系统的稳定性,延长量子态的相干时间,是一个亟待解决的关键问题。
国内量子力学研究现状
国内量子力学研究现状
量子力学是20世纪物理学的重要分支之一,它研究的是微观粒子的行为和性质。
在国内,量子力学研究已经取得了一定的进展,下面就让我们来了解一下国内量子力学研究的现状。
国内的量子通信技术已经取得了一定的成果。
量子通信是利用量子力学的特性来保证通信的安全性和可靠性。
在国内,已经有多个研究团队成功地实现了量子密钥分发和量子隐形传态等实验,这些实验为量子通信技术的发展提供了坚实的基础。
国内的量子计算研究也在不断地推进。
量子计算是利用量子力学的特性来进行计算,它具有比传统计算机更快、更强大的计算能力。
在国内,已经有多个研究团队成功地实现了量子比特的控制和量子纠缠等实验,这些实验为量子计算机的研制提供了重要的技术支持。
国内的量子物理实验也在不断地深入。
量子物理实验是研究量子力学基本原理和现象的重要手段。
在国内,已经有多个研究团队成功地实现了量子隐形传态、量子纠缠和量子计算等实验,这些实验为量子力学的研究提供了重要的实验数据和理论支持。
国内的量子力学研究已经取得了一定的进展,但是与国际先进水平相比,还存在一定的差距。
因此,我们需要继续加强量子力学的研究,提高研究水平,为我国的科技创新和发展做出更大的贡献。
量子纠缠现象的研究与应用
量子纠缠现象的研究与应用量子纠缠是量子力学中一个非常独特和神奇的现象,它是指两个或多个粒子之间存在一种特殊的联系,使得它们在某些物理量上的测量结果是相互关联的,即使它们之间的物理距离被拉开。
这一现象的研究和应用在量子通信、量子计算和量子信息等领域具有重要意义。
量子纠缠最早由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在1935年提出,并被他们称为“鬼魅般的遥远作用”。
该研究源自于他们对量子力学中的不确定性原理的质疑。
他们认为,如果量子力学对于两个粒子之间的相关性存在一个完全的描述,那么将会产生违背相对论的信息传递速度超过光速的问题。
然而,在接下来的几十年内,实验证据表明量子纠缠的确存在,且是量子力学的基本特性之一。
量子纠缠的一个著名实例是希格斯玻色子的衰变。
当一个希格斯玻色子发生衰变时,它会分裂成两个轻子,如电子。
根据动量守恒定律,这两个电子的总动量应该为零。
然而,在实验观测中,我们发现这两个电子的自旋却总是相反的,即一个自旋向上,另一个自旋向下,这就是量子纠缠的表现。
如果我们对其中一个电子进行自旋测量,并发现它的自旋向上,那么我们可以马上得出结论另一个电子的自旋必然是向下,即使它们之间的物理距离非常远。
量子纠缠的应用之一是量子通信。
量子通信是一种在保证信息传输安全性的基础上进行的通信方式,借助于量子纠缠的特性,可以实现高度安全的密钥分发和通信传输。
由于量子纠缠的测量结果随机性和不可预测性,任何对纠缠态的干扰和窃听行为都会立即被发现,确保了通信过程的安全性。
目前,量子通信已经实现了远距离的量子纠缠状态传输,并且正在被广泛研究和应用于安全通信领域。
除了通信,量子纠缠还有着重要的应用于量子计算。
量子计算是利用量子力学中的叠加态和纠缠态来进行运算的一种计算方式,与传统计算机不同,量子计算机具备更强大的计算能力。
量子纠缠可以用来构建量子比特,并且在量子计算机中,对这些量子比特进行操作和测量,可以实现指数级的运算速度加速。
量子纠缠技术的研究与应用前景
量子纠缠技术的研究与应用前景量子纠缠技术是目前最前沿、最具潜力的领域之一,它不仅具有突破性的科学意义,还具有广泛的应用前景。
本文将从三个方面探讨量子纠缠技术的研究现状及未来发展趋势。
一、量子纠缠技术的原理量子纠缠是一种纠缠态,它是一组量子体系的状态,其中量子体系之间的相互作用导致它们之间的状态是无法被单独描述的。
换言之,当两个或多个量子粒子被纠缠在一起时,它们就会表现出相互依存的复杂关系。
这种关系是量子力学中的非局域性现象,即使这些物体被相隔很远,它们仍然可以互相影响。
在过去的十年中,科学家们已经成功地将量子纠缠技术应用于多个领域,例如通信、计算、加密,甚至人工智能。
它为我们提供了一种前所未有的计算思维模式,可以让我们对未知科学问题进行更加深入的思考和研究。
二、量子纠缠技术在通信中的应用目前,量子纠缠技术的最具应用价值的领域之一是通信。
根据量子力学的原理,通过纠缠态可以实现数学上不可复制的信息传输。
比如,当两个量子粒子被纠缠在一起时,它们可以变得高度相关,这种相关性可以用于量子密钥分发技术,这可以使通信更加安全,并防止信息被窃取。
此外,利用纠缠技术进行通讯还可以提高通讯速度和容量。
由于光子等量子粒子受到费米动能极限的制约,不可能被同一光纤传输,这也就限制了传统通讯的速度和容量。
但是,通过量子纠缠技术,我们可以使用多个量子通道传输同一份信息,这样就可以大幅增加通讯速度和容量。
三、量子纠缠技术在计算中的应用量子纠缠技术在计算领域的应用前景同样十分广阔。
在传统计算机架构下,计算固定的算法所需时间与n的幂成正比,而量子计算机可以借助量子纠缠技术实现指数级加速,使得难以解决的问题变得可行。
这样的计算速度将可极大地提升整个科学技术的进展速度,帮助人们解决数学和物理领域中一些极为复杂的问题。
当然,实现量子计算机需要克服许多难题,如保持量子态不被外部干扰,设计合适的量子电路,以及建立与传统计算机的互通。
然而,科学家们仍然在努力开发出更加高效的量子纠缠技术,以期在未来实现稳定的量子计算机。
量子纠缠技术的研究现状及其应用
量子纠缠技术的研究现状及其应用量子纠缠技术是近年来备受关注的前沿技术之一。
它是量子信息科学中最重要的理论基础之一,也是实现量子计算、量子通信、量子密钥分发等量子信息技术的核心。
本文将介绍量子纠缠技术的基本原理、研究现状以及应用前景。
一、基本原理量子纠缠指的是两个或多个微粒子之间存在的一种深奥的量子状态。
当这些微粒子进行一次相互作用后,它们的状态将不再是独立的,在某种意义上说,它们将成为一个整体,任何一个微粒子的状态改变都会影响其他微粒子的状态。
这种状态称为“纠缠态”。
量子纠缠产生的原理是量子力学的基本原理之一:贝尔不等式。
贝尔不等式是一个与经典物理学有关的理论,它指出,如果所有的物理系统都遵循经典物理定律,那么有关这些系统的实验结果必须符合一些不等式。
然而,在实验中,科学家们发现,量子力学的结果与贝尔不等式所预测的经典物理结果相违背。
这个现象被称为“贝尔不等式的违背”。
量子纠缠的产生就是由于这种违背产生的。
二、研究现状量子纠缠虽然是近年来备受关注的研究领域,但实际上其研究历史已经相当悠久。
早在上世纪二十年代,爱因斯坦、玻尔、波尔等人就对量子纠缠进行了深入研究。
但是,由于当时对量子力学的认识不够成熟,量子纠缠的真正深入研究一直被推迟。
直到二十世纪八十年代,随着科学技术的不断发展,研究者们开始认真探究量子纠缠的本质和物理学意义。
先后诞生了一系列重要的理论成果,如重排方案、Schmidt分解、量子密度矩阵等,为量子纠缠的研究提供了有力的理论支持和实验验证。
目前,量子纠缠的研究已经成为了量子信息领域的重要组成部分,相关的实验和应用也取得具有重要意义的进展。
三、应用前景量子纠缠技术具有广阔的应用前景。
首先,它可以用于量子计算和量子通信。
量子计算机的计算速度远远超过了经典计算机,这得益于量子纠缠的效应。
量子通信也是一个热门的领域,量子纠缠可以实现安全的量子密码学,是一种无法破解的通信方式。
其次,量子纠缠技术可以用于提高天文观测的精度。
全球量子信息的研究与发展现状
全球量子信息的研究与发展现状1.引言1.1 概述量子信息科学是一门涉及量子力学和信息科学交叉的前沿学科,它致力于利用和控制量子现象来进行信息的处理和传输。
随着量子计算、量子通信、量子加密等领域的快速发展,全球范围内的量子信息研究和发展取得了显著的进展。
在全球范围内,各个国家和地区都纷纷成立了专门的研究机构和实验室,推动量子信息科学的发展。
这些机构和实验室的研究人员们致力于研究量子比特(Quantum Bit,或称为量子位),开发新的量子计算模型和算法,并进行量子通信和量子传感器等方面的研究。
同时,他们还在材料科学、量子光学和量子控制等领域做出了一系列重要的突破。
全球范围内的量子信息研究也得到了政府和企业的高度重视。
许多国家在量子信息科学领域进行战略投资,力图取得重大突破并争取在全球量子信息竞争中占据领先地位。
同时,一些知名企业也积极参与到量子计算和量子通信等领域的研发中,推动了全球量子信息技术的发展。
虽然全球范围内的量子信息研究和发展取得了令人瞩目的成果,但目前仍然存在一些挑战和问题。
其中一个主要的挑战是如何有效地控制和利用量子系统中的相干性和纠缠性,以实现量子计算和量子通信的可扩展性。
另外,量子信息的安全性也是一个重要的问题,如何保护量子通信中的信息免受窃听和篡改也是一个需要解决的难题。
总而言之,全球范围内的量子信息研究和发展正处于蓬勃发展阶段。
各个国家和地区都在加大投入,希望在量子信息科学领域取得突破性的进展。
随着新的控制技术和材料的出现,相信全球范围内的量子信息科学必将迎来更加辉煌的未来。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的大致分布和各个部分的内容进行介绍。
下面是一种可能的写法:文章结构部分:本文主要探讨全球量子信息的研究与发展现状。
为了更好地组织本文内容,以下是文章的结构和各个部分的主要内容。
第一部分是引言。
引言部分将提供对全球量子信息的研究和发展现状的背景和概述,引起读者对该主题的兴趣。
量子纠缠测量的研究进展
量子纠缠测量的研究进展在量子物理中,纠缠是一种奇特的现象,它描述的是两个或者多个量子系统之间的强相关性。
量子纠缠测量是量子物理的基础探索,它可以揭示出纠缠在量子系统中的本质,而这一过程也是近年来量子计算发展的重点研究领域之一。
本文将着重讨论量子纠缠测量的研究进展,同时探索当前该领域面临的问题和挑战。
量子纠缠测量的发展历程自从1935年Schrödinger提出了纠缠的概念以后,科学家们对纠缠的研究就开始了。
Mayer和Block同样在1935年发现了纠缠的存在,并且提出了测不准原理,它是描述纠缠存在的最早的理论。
随着科学技术不断的改进,量子纠缠测量领域也得到了长足的发展。
到了20世纪90年代中期,量子纠缠测量在实验中被证明。
接下来的几年中,科学家们逐渐完善了理论和实验方案,同时也发展了新的原理和方法。
目前,量子纠缠测量理论已经比较成熟,已被应用于量子计算,量子通信等领域。
量子纠缠测量的方法量子纠缠测量是一种非常新颖的量子测量方法,它是通过对两个或者多个量子系统的测量,来揭示出系统之间的纠缠关系。
其方法也非常多样化,常用的方法有以下几种。
1. 纠缠态的分布式测量纠缠态的分布式测量是通过将分布在不同地方的两个量子系统进行测量,来判断是否纠缠。
2. 光子的能量-时间纠缠测量光子的能量-时间纠缠测量是通过测量两个纠缠光子的时间延迟来判断是否纠缠。
3. 张量积测量张量积测量是通过测量不同量子态之间的张量积的变化来判断是否纠缠。
当前的发展状况目前,量子纠缠测量领域已经取得了一系列重要突破。
比如,通过对两个独立激光驱动的离子的测量,实现了两个物理具有距离的量子比特之间的纠缠。
同时,在量子通信等领域,量子纠缠测量也被广泛应用,并且已经得到了许多的应用实例。
未来的展望和挑战虽然量子纠缠测量取得了巨大的进展,但是其面临的问题和挑战依然较大。
其中最大的问题是量子噪声的存在。
量子噪声是指量子系统由于自然界的种种原因而产生的噪声干扰,它会极大地影响到量子纠缠测量的精度和可重复性。
量子计算机技术的研究现状与未来发展趋势
量子计算机技术的研究现状与未来发展趋势随着科技的不断进步,人类对计算能力的要求也越来越高。
传统计算机已经无法满足处理大规模数据和复杂问题的需求,因此,科学家们开始探索一种全新的计算范式:量子计算机。
量子计算机利用量子力学的特性,能够以前所未有的速度并行处理信息,从而有望解决传统计算机难以处理的问题。
在这篇文章中,我们将聚焦于量子计算机技术的研究现状以及未来的发展趋势。
一、量子计算机技术的研究现状目前,量子计算机技术处于探索和研究的阶段,还没有完全实现商业化应用。
然而,许多研究机构和公司已经取得了令人振奋的进展。
量子比特是量子计算机的核心组成部分,而实现稳定、高效的量子比特是当前的主要挑战之一。
1. 量子比特的实现目前,有多种方法被用来实现量子比特,其中包括超导电路、离子陷阱、光子和拓扑量子比特等。
超导电路是最为成熟的实现方法之一,通过利用超导体上的量子电路实现稳定的量子比特。
此外,离子陷阱方法将离子固定在特定位置,并通过激光操作来实现量子比特。
光子方法利用光子的量子特性来实现量子比特。
而拓扑量子比特则利用拓扑电子态来进行量子计算。
2. 量子纠缠的实现量子纠缠是量子计算的关键要素之一,是指量子比特之间的相互作用会导致它们之间产生的非经典相关性。
目前,科学家们已经成功实现了多比特的纠缠态,但要实现大规模量子纠缠仍然面临诸多挑战。
科学家们正在开展相关研究,希望找到有效的方法来实现多比特的纠缠态。
3. 量子误差校正由于存在各种噪声和干扰,量子比特很容易受到外部环境的干扰,导致量子计算的错误率增加。
因此,研究人员正在努力发展量子误差校正技术,以保证量子计算的可靠性和稳定性。
目前,已经提出了许多量子误差校正的方法,但要实现可扩展和高效的量子误差校正仍然是一个艰巨的任务。
二、量子计算机技术的未来发展趋势虽然目前量子计算机技术仍然面临许多挑战,但也有许多迹象表明其未来发展的潜力。
以下是量子计算机技术未来发展的几个趋势:1. 提高量子比特数目目前的量子计算机只能实现数十个甚至更少数量的量子比特。
量子纠缠及其应用前景
量子纠缠及其应用前景量子纠缠是指两个或多个量子系统之间相互依赖和相连的状态。
这种状态让两个量子系统之间的信息互动变得更加令人惊奇,即使是它们在相距数千万光年的情况下也存在着联系。
量子纠缠的现象是我们能够在实际中观察到的几个基本量子现象之一。
它具有许多神奇的特性,包括在一定距离内快速的通信、高效的计算、超级灵敏的传感和超级安全的导航等。
在眼下的量子技术革命中,量子纠缠是许多人的关注焦点。
它极大地扩展了我们使用量子的可行性,提供了集成量子通信、计算和安全的机会。
量子纠缠的发现量子纠缠这一术语是在1935年由阿尔伯特·爱因斯坦、鲁宾·波得斯基和纳特-博尔在一篇著名的文章中首次引入的。
他们曾经提出了一个想法:如果两个量子系统之间发生纠缠,他们之间发生的事件似乎超出了经典上下文中可以发生的范畴。
根据他们的论文,两个共轭粒子的状态(如电子和位置)可以无论它们彼此有多远都会相互依赖。
这意味着,两个系统可能存在一个共同的集体状态,即量子纠缠。
量子纠缠的应用量子纠缠是目前最受关注的领域之一,因为它可以使许多基本量子技术变得更加强大和精确。
首先,带纠缠的量子通信或量子密钥分发的技术可以提供超快速、超强大、高效且无法被攻击的通信,这在现实世界中具有重要的商业和政治潜力。
其次,纠缠态还允许更好的量子计算能力。
这些计算机将大大加快如复杂模式识别和数据分析等任务的完成速度。
这些计算机还可以同时使用量子平行处理,因此将远远超过我们目前技术处理速度。
此外,具有“可见性探测器”的“量子勘探仪”利用量子纠缠来寻找和研究地下矿产资源,也是其中一个重要的应用领域之一。
量子纠缠的前景要推广这些技术,我们需要在计算机、工程和物理学中培养具有资格的人才。
虽然我们对于量子纠缠和它的技术应用有了更深入的理解,但是我们仍需要继续探索变得更加深入的理解。
总的来说,量子纠缠技术将会在未来的数十年,甚至在未来的数百年中一直扮演重要的角色。
国内量子力学研究现状
国内量子力学研究现状随着科学技术的快速发展,人们越来越关注量子力学的研究。
作为一门基础科学,量子力学探索着物质的性质、结构和相互作用规律,广泛应用于物理学、化学、材料科学等领域。
下面我们分步骤阐述国内量子力学研究现状。
一、理论研究在理论研究方面,国内学者的研究重点主要在以下几个方面:1.量子信息量子力学研究进入了量子信息时代,国内学者不断探索量子信息的基本原理和技术应用,如量子纠缠、量子计算和量子通信等。
在这一领域,中国研究人员有较高的成就,有不少国际顶级期刊的论文发表在此领域。
2.低维量子物理低维量子物理是量子力学的一个研究热点,它是近年来突破性的研究方向之一。
国内的研究重点主要在二维材料和量子点上。
这一领域涉及到的理论和现象非常丰富和复杂,具有广泛的应用前景。
3.量子场论和标准模型量子场论、标准模型是现代粒子物理学的基础。
国内根据实验观测的数据,积极探索超出标准模型的物理现象,如暗物质、哪种不对称性破缺等方向。
二、实验研究在实验研究方面,国内学者利用精密的实验技术,进行了大量的量子态制备、量子测量、量子纠缠等实验研究,取得了一些令人瞩目的成果。
1.精密制备及相干控制精密制备和相干控制技术是实验研究量子力学的基础,为量子仿真、量子计算和量子通信等应用提供必要的工具。
国内学者提出了一些创新的制备方案,如量子点的性质、分子束等方法。
2.量子通信和量子计算量子通信和量子计算是实验室研究的热点问题,实验研究在这两个领域有很多创新。
近年来,国内在量子通信方面的研究成果日益突出,利用自主研制的量子通信卫星,成功实现卫星之间量子的安全通信,成为世界上首次实现此项技术的国家。
三、应用研究基于量子力学的研究,涉及的应用领域不仅局限于物理和化学,在计算机、信息技术、生物、医药等领域也有广泛的应用。
1.量子计算机量子计算机是基于量子力学规律的一种新型计算机,可以在大规模计算、数据储存和加密方面具有更强的性能优势。
目前国内几乎所有高校都设立了量子计算研究领域。
量子物理领域的研究现状及其未来发展
量子物理领域的研究现状及其未来发展量子物理是物理学领域中的一大分支,研究的是微观粒子在极小的尺度下的行为,并且能够解释能量、物质和电磁辐射的相互作用。
在近年来,量子物理在实践应用中有着极大的潜力。
计算、安全、通讯等领域的技术都有着量子物理的应用。
量子物理有着独特且神奇的规律,如量子隧穿、量子纠缠和超导等。
量子物理的重要角色之一是电子的量子隧穿。
量子隧穿是指能量低于物质基态的时候,该能量无法传递给物质的情况,即电子通过物质时,会出现一定几率出现在跃迁位置。
举一个例子,我们可以设想一个小球位于一个斜坡上,你将小球推向斜坡高处,小球被重力拉回时,会有一定几率穿过斜坡,不回到原始位置。
这种情况,在微观粒子尺度下是极其常见的。
量子隧穿使得我们可以通过将电流通过铁磁原子,实现硬盘上的信息存储另一个重要的量子物理现象是量子纠缠。
这是一项众所周知的现象,它能够使被纠缠的两个量子粒子相互影响,即使它们之间距离很远。
这一现象被用来进行量子通信,将信息通过高质量的加密方法进行传输,从而保护网络安全和通信隐私。
此外,量子纠缠还有着广泛的应用,如量子计算机的工作方式是利用量子纠缠实现。
超导材料在量子物理领域中也有着重要的作用,特别是在电力输送和能源转换方面。
超导材料是一种材料,在极低温下电阻为零,并且它们有着极佳的磁特性和强电场性质,可以用来制造超导输电线、磁悬浮列车和磁共振成像。
除了上述的应用,量子物理在医学领域也有着广泛的应用。
最近的一项研究表明,利用量子计算的方法预测药物的毒性和有效性会更加准确,并且有望在未来的医学研究中起到更加重要的作用。
此外,量子生物学领域也有着很好的发展前景,该领域的研究关注了生命体系中的量子效应,并帮助了我们更好地理解生命体系的基本原理。
总的来说,量子物理在很多领域的应用都具有重要的作用,并且有着广阔的前景。
不过随着技术的发展和应用的深入,量子计算机、量子网络和量子机器学习等领域中还存在很多挑战和难点。
量子力学基础理论研究现状及发展趋势展望
量子力学基础理论研究现状及发展趋势展望引言:量子力学作为现代物理学的重要支柱,已经成为解释微观世界的主要理论之一。
它在过去一个世纪里,取得了众多重要的成就和突破,但仍然存在一些未解之谜。
本文将介绍量子力学基础理论的现状,并展望其未来的发展趋势。
一、量子力学基础理论的现状:1. 波粒二象性:量子力学提出了波粒二象性的概念,将光既看作粒子,又看作波动现象。
这一概念在解释电子、质子等微观粒子行为时发挥了重要作用,得到了广泛应用。
2. 不确定性原理:根据量子力学的不确定性原理,对一个粒子的位置和动量的同步精确测量是不可能的。
这一原理揭示了微观世界的本质限制,影响了物理学的发展方向。
3. 量子态表示:量子力学采用波函数表示粒子的状态,通过波函数的叠加与体现了微观粒子概率性质。
量子态表示为理解量子力学的薄弱方面提供了强有力的工具。
4. 干涉与纠缠:量子力学中干涉与纠缠的现象反映了粒子之间的相互作用和耦合效应。
这些现象与经典力学的差异体现了量子力学独特的性质,为量子信息和计算提供了丰富的资源和思路。
二、量子力学基础理论的发展趋势:1. 应用拓展:量子力学基础理论将在更多领域得以应用,如量子通信、量子计算、量子模拟等。
随着量子技术的不断发展,这些领域将获得更多的突破和创新,并为科技进步提供新的驱动力。
2. 理论完善:量子力学基础理论的完善将继续是研究的重要方向。
对于一些量子力学的基本概念和原理,仍然存在着争议和未解之谜,比如量子测量的解释,波函数坍缩的机制等。
未来的研究将致力于找到更加合理和全面的解释。
3. 新的数学工具和框架:随着量子力学的发展,新的数学工具和框架将得到广泛应用,如量子信息、量子图论等。
这些工具和框架将为量子力学的研究提供更多的手段和途径。
三、量子力学基础理论研究的挑战:1. 精度和可控性:对于量子系统的精确控制和测量依然是一个巨大的挑战。
随着实验技术的进步,科学家们将继续努力克服这一挑战,以实现更高的控制精度和测量准确度。
量子纠缠与量子通信技术发展现状分析
量子纠缠与量子通信技术发展现状分析引言:量子纠缠与量子通信技术是近年来备受关注的领域,其在信息传输和加密等方面具有潜在的巨大优势。
本文将对量子纠缠与量子通信技术的发展现状进行分析,探讨其在科学、技术和应用领域中的前景和挑战。
一、量子纠缠的概念和基本原理量子纠缠是量子力学中一个重要的概念,描述了两个或多个量子系统之间的非经典关联关系。
当两个量子系统处于纠缠态时,它们的状态之间存在一种无法通过经典物理学解释的联系,即使两个系统之间存在空间距离,它们的状态改变仍然是瞬间发生的。
量子纠缠的基本原理可以通过贝尔不等式和Stern-Gerlach实验进行解释。
贝尔不等式的实验结果表明,量子纠缠现象与经典物理学的概念无法兼容,从而揭示了量子纠缠的特殊性质。
Stern-Gerlach实验则通过研究粒子在磁场中的偏转现象,验证了量子纠缠使得两个粒子的自旋密切相关的事实。
二、量子纠缠技术的发展与应用1. 实验室研究与突破近年来,许多实验室在量子纠缠技术方面取得了重要突破。
首先,科学家们成功地实现了高质量的纠缠态制备和操作,大大提高了量子纠缠的稳定性和可控性。
其次,利用纠缠光子对的量子测量,实现了超精密的时钟和测距等应用。
此外,利用纠缠态进行量子仿真和量子计算等方面的研究也取得了一定的进展。
2. 量子通信技术的发展量子通信技术是基于量子纠缠的信息传输技术,它具有极高的安全性和抗干扰性。
目前,量子通信技术主要包括量子密钥分发和量子远程态传输两方面。
量子密钥分发是利用量子纠缠实现的安全密钥分发方式,通过量子态的特性保证了密钥的绝对安全性。
目前,在理论和实验上都已取得了突破,但在实际应用中仍面临一些技术和成本上的挑战。
量子远程态传输是利用量子纠缠实现的远程信息传输方式,将一个量子态从一个地点传输到另一个地点,实现了量子通信的远距离传输。
这种方式对于信息的保密性和完整性有着重要意义,在科学研究和信息安全等方面具有广阔的应用前景。
量子纠缠纠编码技术发展现状介绍
量子纠缠纠编码技术发展现状介绍量子纠缠纠编码技术是量子信息科学中的重要组成部分,它为实现量子通信、量子计算和量子密码学等应用奠定了基础。
在过去几十年里,量子纠缠纠编码技术取得了长足的发展,为量子信息科学的研究和应用提供了重要的支撑。
量子纠缠是一种奇特的量子力学现象,它指两个或多个粒子之间产生的一种特殊的相互关系,导致它们的状态紧密相关,无论这些粒子之间的距离有多远。
这种纠缠状态在量子信息处理中具有重要的意义,因为它可以传递量子比特之间的信息,实现远距离的量子通信。
在实际应用中,量子纠缠纠编码技术可以通过编码方式对量子比特进行处理,以增强量子通信和量子计算的可靠性和安全性。
其中,量子纠错码是一种常见的纠编码技术,它可以在传输过程中检测和纠正量子比特之间的错误,提高量子通信的传输质量。
除此之外,量子纠缠还可以用于量子密码学中的量子密钥分发,实现信息传输的安全性。
随着科技的不断进步,量子纠缠纠编码技术也在不断发展。
目前,研究人员已经实现了多种量子纠错码的设计和实验验证。
例如,三位物理学家Peter Shor、Andrew Steane和Aram Harrow等分别提出了一些重要的量子纠错码,它们在量子计算机和量子通信中具有重要的应用价值。
此外,研究人员还通过利用不同的物理平台和方法实现了量子纠缠的产生和控制,如超导电路、离子阱和光子等。
尽管量子纠缠纠编码技术取得了许多重要的进展,但仍然存在一些挑战和困难。
首先,纠编码技术需要高度精确的控制和测量,这对实验设备的要求是很高的。
其次,量子纠缠纠编码技术需要克服量子纠缠的破坏和噪声干扰,才能保证信息的可靠性和安全性。
此外,量子比特之间的纠缠传输也面临着距离限制和损耗等问题,这限制了量子通信的范围和效率。
为了克服这些困难,研究人员正在开展一系列的研究工作。
一方面,他们致力于提高量子纠编码技术的稳定性和可靠性,以增强量子通信和量子计算的性能。
另一方面,研究人员还在探索新的物理平台和方法,以实现更高效的量子纠缠纠编码。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
量子纠缠理论陈泽乾数学物理实验室一、 国家战略需求和世界科技前沿分析二、 研究所核心竞争能力分析(国内外比较)三、 研究所发展目标(科技)1、前沿分析自从二十世纪二十年代中期量子力学的基本理论形成以来,对于量子纠缠的研究就一直是量子理论基本问题研究的重要课题。
量子力学的创始人以其深刻的洞察力提出了EPR佯谬和Schrödinger猫态,预示了量子理论的基本问题未来的发展方向,量子纠缠理论正是在这一方向上产生的。
其中,量子纠缠态已成为当代量子理论的一个关键性概念,在量子信息技术中有重要的应用,其研究是当前量子理论的一个前沿热点方向。
量子纠缠理论的发展将为量子信息技术的打开广阔的应用前景。
早期对量子纠缠态表现出来的量子非局域性的研究大多是停留在哲学层次上的探讨,直到1964年Bell提出著名的Bell不等式,才使得量子纠缠态的非局域性可以通过实验来验证。
Bell不等式也成为在实验上对量子纠缠态可操作的第一个数学判别准则。
利用Bell不等式,大量设计精巧的实验支持了量子力学关于量子纠缠态的非经典关联——量子非局域性的预言。
这类实验是在上个世纪八十年代初取得成功的,其中许多实验靠激光技术的发展才有可能进行。
进行这种实验当时只是出于理论上的考虑,是为了想看一看量子纠缠态有多么奇怪的物理属性。
但由这个目的出发,结果却使包括物理学家在内的许多人大吃一惊,物理学家自己也惊奇地发现,他们已经以这种方式为新技术的发展奠定了基础。
这些新技术以诸如量子计算、量子通讯等名称而崭露头角,其基本的概念是以量子的方法来处理并传输信息。
从1984年第一个量子加密协议的提出到1991年它的实验实现;从1985年量子计算机理论模型的提出,1994年Shor大数分解算法的提出和1996年Grover搜索算法的提出到1998年它们的核磁共振(NMR)实验演示;从1993年量子隐形传态方案的提出到1997年的首次试验实现,量子信息与量子计算这一跨学科的交叉研究领域在过去二十多年中的发展已从星星之火到了燎原之势,带来了当代科学技术可能的最大变革。
随着量子信息技术的迅猛发展,作为它的重要基础之一的量子纠缠态的定性和定量研究很自然地也是很迫切地被提到了议事日程上来。
这方面的研究是很广泛的,既有理论上的又有实验上的问题,既有物理方面的也有数学方面的探讨,它们相互融合相互促进,形成了当代量子理论中的一个重要研究方向。
但是,迄今为止,量子纠缠态仍然还有很多理论问题没有解决,制约着实验工作的进程。
这些理论问题中有很多是直接的数学问题,比如,量子纠缠态的分类和可操作判别法,最大纠缠态的数学刻画以及量子纠缠态的定量描述等。
发展相应的数学理论来刻画量子纠缠态,尤其是提出在实验中可操作的数学判别法已经成为量子信息技术发展的当务之急。
量子纠缠的数学研究可以追述到1906年德国数学家Schmidt的工作,那时量子纠缠态的概念还没有提出来(甚至量子力学的基本理论都没有形成)。
为了研究抽象积分方程,Schmidt将两体Hilbert空间中的向量作了一个普适的分解,这就是著名的Schmidt分解定理。
在后来的量子纠缠理论中,Schmidt分解给出了两体纠缠纯态的准确描述。
这是迄今为止,量子纠缠态的数学描述中解决得最好的一种情形。
虽然量子纠缠态的概念于上世纪三十年代就已由Schrödinger提出,但是它的准确的数学定义到上世纪八十年代末才由德国数学物理专家Werner 给出。
由于量子通讯的提出和试验实现,上世纪九十年代出现了研究量子纠缠态的高潮。
以美国物理学家Bennett为首的一批科学家(包括物理学家、数学家和计算机科学家)对量子纠缠态的分类进行了深入的研究,提出了LOCC分类、渐进LOCC分类和随机LOCC分类等理论。
在量子纠缠态的可操作判别法方面,人们给出了若干形式的Bell型不等式违背判别法、Peres的部分转置判别法和Horodecki等人的约化判别法等少数成功的范例。
而对于量子纠缠态的定量描述则有形成纠缠度、提纯纠缠度和相对熵纠缠度等等。
然而,所有这些成果,都是要么对于两体系统适用要么对于低维系统解决得比较好,而对于多体的和高维的情形则往往失效或者很难计算而变得没有意义。
解答这些问题需要新的思想和方法。
我们拟从Bell不等式和Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)定理出发研究量子纠缠态的数学刻画和量子非局域性问题。
我们主要从概率论的角度研究各种形式的函数关联、概率关联以及方差和矩关联等的Bell型不等式及其违背问题,获得在物理实验中可操作的纠缠态的数学判别法;研究多体量子体系隐变量描述的确定性违背的GHZ定理,获得多体和高维体系的最大纠缠态的一般性数学刻画。
因此,该课题围绕在理论上有重要物理背景在应用上乃当代量子信息技术急需解决的数学问题开展研究,是很有意义的研究课题。
参 考 资 料1. J.S.Bell, On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox, Physics, vol.1, 195-290, 1964.2. A.Einstein, B.Podolsky, and N.Rosen, Can quantum-mechanical description ofphysical reality be considered complete? Phys.Rev., vol.47, 777-780, 1935.3. N.Gisin, G.Ribordy, W.Tittle, and H.Zbinden, Quantum cryptograph, Rev.ModernPhys. vol.74, 145-195, 2002.4. D.M.Greenberger, M.A.Horne, and A.Zeilinger, Going beyond Bell’s theorem, In:M.Kafatos(ed.), Bell’s theorem, Quantum Theory and Conceptions of the Universe, Kluwer Academic Publisher, 69-72, 1989.5. 郭光灿,量子信息引论,物理,第30卷第5期,286-293,2001.6. M.Horodecki, Entanglement measures, Quantum Information & Computation,vol.1, no.1, 3-26, 2001.7. R.F.Werner and M.M.Wolf, Bell inequalities and entanglement, QuantumInformation & Computation, vol.1, no.3, 1-25, 2002.8. N.D.Mermin, Hidden variables and the two theorems of John Bell, Rev.ModernPhys. vol.65, 803-815, 1993.9. M.Nielsen and I.Chuang, Quantum computation and quantum information,Cambridge University Press, Cambridge, England, 2000.10. 曾谨严,裴寿镛,龙桂鲁主编,量子力学最新进展,第一辑,北京大学出版社,2000;第二辑,北京大学出版社,2001;第三辑,清华大学出版社,2003.2、研究现状在国内比较系统开展量子纠缠理论研究的单位有中国科大、中科院理论物理所、首都师大数学系和中科院武汉物理与数学所等单位。
公平地说,在国内这些单位这些年出了不少论文,其中也不乏好的工作,但是还没有那种令人振奋、在国际上产生重要影响的工作。
举例来说,对于纠缠态的可操作性判别法有不少论文研究这个问题,却没有一个完整地解决了比如最基本的量子位体系的纠缠态的判别问题,甚至三体量子位体系的问题都没有解决(充分必要条件)。
另一个引人注目的问题是纠缠态的度量,这个问题除了早期在两体系统有一些重要进展外,多体问题几乎停滞不前,尽管在这方面国内外发表了不少论文。
从应用的角度来说,纠缠态的度量也许更为重要,但是从理论研究角度来讲,纠缠态的可操作性判别法是更为基本的问题,这方面没有本质的进展,我们是不可能在量子纠缠态的定性和定量方面取得重要突破的。
这个问题的实质就是我们如何准确地理解纠缠态的涵义,包括量子测量、量子非局域性和物理实在性等由来已久的基本理论问题。
问题的任何实质性进展都需要新的思想和方法。
从当前量子信息技术的发展状况来看,科学界似乎到了解决或者部分解决这个问题的边界。
3、研究问题对于量子纠缠态的理论研究,内容上有抽象刻画和可操作性判别之分,在数学上有代数、几何和概率论等方法。
抽象刻画侧重于对量子纠缠态的定性分析,在这方面主要采用代数和几何方法利用某些不变量和度量来对量子纠缠态进行分类。
在实验中可操作性的判别法主要有Bell型不等式的违背和约化判别法等。
在这里,我们要特别强调Bell不等式的作用,它与概率论有着紧密地联系。
这个问题最早在物理上是与所谓量子非局域性问题相关的。
早在1935年,爱因斯坦与波多尔斯基和罗森(EPR)对量子力学的完备性提出了质疑,他们用反正法给出了一个例子来说明量子力学是不完备的,它联系着量子非局域性问题。
他们给完备性赋予了一个很直接的含义,即在完备的理论中每个物理实在元都有一个相应的量来描述。
他们并没有给出物理实在元的一般性定义,但给出了一个充分条件来判断一个物理量是否为物理实在元:如果在不去扰动一个系统的情形下,我们能够确定地(即以概率为1)预料一个物理量的值,那么一定存在一个物理实在元对应着这个物理量。
这就是所谓EPR的实在性。
我们用Bohm给出的一个简化形式来说明其要点。
考虑两个自旋都为1/2的粒子,它们处于粒子1上旋粒子2下旋和粒子1下旋粒子2上旋的叠加态(现在称为Bell态)。
量子力学告述我们,当测量到粒子1上旋时粒子2必下旋,测量到粒子1下旋时粒子2必上旋。
假设两个粒子反向飞行相距很远,分别对粒子1和粒子2作测量,于是,只要对它们的分别测量的时刻足够靠近,这两次测量所构成的两个事件将是互不影响的。
若对粒子1测量得到上旋,则可以肯定地推断粒子2是下旋。
按照EPR的实在性观点,因为我们没有对粒子2产生任何干扰就能确定地预料它自旋向下,粒子2的自旋向下是一个物理实在元。
因此,粒子2下旋是它自身的一个性质,与我们对粒子1的测量没有关系,它必定是来自于两个粒子相互作用的那一点,分开时刻就是下旋的。