远程粒子测量通过量子纠缠实现

量子物理学通过突破经典物理定律的束缚，为描述原子和粒子的行为打开了大门。这门探索自然界最基本构成单元的科学，尤其依赖于测量其个体与集体性质的能力。然而此类测量素来充满挑战：所用仪器本身受量子定律支配，且它们与粒子的相互作用可能改变其本应观测的特性。

"量子测量领域至今仍知之甚少，因其长期缺乏关注。当前研究主要聚焦于量子系统自身的状态——诸如纠缠或叠加等特性，这些特性更直接适用于量子密码学或量子计算等领域。"日内瓦大学（UNIGE）理学院物理系应用物理学科高级研究与教学助理亚历杭德罗·波萨斯·克斯滕斯解释道。

粒子被无形之线相连

这些测量对未来技术发展至关重要，例如依赖将信息编码于光粒子（光子）的量子通信。要读取信息必须先测量粒子。核心问题在于：能否对携带部分信息的两个或多个分离粒子进行联合测量而无须物理聚集？

最新研究中，由杰夫·鲍威尔斯、亚历杭德罗·波萨斯·克斯滕斯、弗拉维奥·德尔·桑托和尼古拉斯·吉桑组成的UNIGE物理系团队证明：只要测量设备共享纠缠粒子，就能在分离粒子系统上执行某些简单而基础的测量。作为量子物理基石的纠缠现象，能使两个或多个粒子相互关联，致使一个粒子的状态即时决定另一个的状态。测量其中一个粒子可瞬间揭示另一个粒子的对应特性，无论相隔多远。

"但存在转折：根据复杂程度，某些测量需要更多或更少的纠缠粒子才能正确执行。"波萨斯·克斯滕斯阐释道。为此研究团队开发了分类系统——一种目录图——标明了不同类型的测量及执行所需的纠缠资源。

前景广阔的应用

这些成果标志着向系统化理解量子系统测量迈出重要一步。不仅可应用于量子通信，在量子计算领域同样潜力巨大。例如经典计算机模拟中，计算任务被分配到多台机器执行后再整合结果。量子计算机正考虑采用类似方法，但读取结果需跨越多台机器进行测量。

"借助我们的联合远程测量协议，有可能消除中心化需求：每台量子计算机测量自身部分数据，最终结果无需任何物理数据传输即可重构。这是我们计划深入探索的前沿方向。"研究人员总结道。