通过量子纠缠实现远程粒子测量

量子物理学通过打破经典物理定律，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和集体特性的能力。但此类测量极具挑战性：所用仪器本身受量子定律支配，它们与粒子的相互作用可能改变其试图观测的特性本身。

"量子测量领域至今仍未被充分理解，因为它很少受到关注。迄今为止，研究主要聚焦于量子系统自身的状态——这些状态具有量子纠缠或量子叠加等特性，它们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·克斯特亨斯解释道。

通过隐形线索连接的粒子

这些测量对未来技术的发展至关重要，例如依赖于将信息编码于光粒子（光子）等载体上的量子通信。要获取这些信息，必须首先对粒子进行测量。核心问题是：能否对承载部分信息的两个或多个独立粒子进行联合测量，而无需将它们物理上汇集在一起。

在一项新研究中，由杰夫·鲍威尔斯、亚历杭德罗·波萨斯·克斯特亨斯、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，就可以对分离的粒子系统执行某些简单但基础的测量。量子纠缠作为量子物理学的基石，能将两个或多个粒子连接起来，使得一个粒子的状态瞬时决定另一个粒子的状态。无论相隔多远，测量一个粒子即可立即揭示另一个粒子对应的属性。

"然而存在一个关键点：根据测量的复杂程度，某些测量需要更多或更少的纠缠粒子才能正确执行，"亚历杭德罗·波萨斯·克斯特亨斯解释道。为此，研究团队开发了一种分类系统——某种目录——用以描绘不同类型的测量及执行这些测量所需的纠缠资源。

前景广阔的应用

这些成果标志着向更系统化理解量子系统测量迈进了一步。它们不仅可应用于量子通信，也适用于量子计算。例如在经典计算机模拟中，计算任务被分配给多台机器执行，随后汇总结果。量子计算机也在考虑采用类似方法，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，有望消除中心化需求：每台量子计算机仅需测量自身部分，无需任何物理数据传输即可重建整体结果。这是我们计划深入探索的前沿方向，"研究人员总结道。