量子粒子是如何給自己發信息的？

自從出現量子計算，科學技術便以指數的速度發展，而且有著更快、更高效、更安全的未來。但是，量子計算背後的運作機制還仍在研究中。現在，來自維也納大學（University of Vienna）和澳大利亞量子光學和量子信息研究所（Institute for Quantum Optics and Quantum Information）的科學研究人員們已經證明了量子通信的另一種可能性：同一個光子可以同時作為信息的發送者和接收者。這一點也是以前未知的。

本月，弗拉維奧·德爾聖（Flavio Del Santo）、波利沃耶·達基克（Borivoje Daki?）和菲利普·瓦爾特（Philip Walther）在《物理評論快報》（Physical Review Letters）發表了一篇論文，在arXiv.org上也有跟進的具體解釋。這種技術依賴於量子疊加原理——這種觀點認為，未觀測到的量子粒子可能同時存在於多個地方。

研究人員證明，如果兩個人——愛麗絲和鮑勃(量子計算實驗的假想對象的通常名稱)相距很遠，他們可以只用一個光子進行交流。它的工作原理是：愛麗絲和鮑勃控制著一個處於疊加狀態的光子，他們可以操縱光子發送0或1給對方。如果兩者都是0或1，那麼愛麗絲就得到光子。如果兩者不同，那麼鮑勃就會得到光子。既然愛麗絲知道她自己輸入的是0還是1，那麼她就可以根據自己的輸入來推斷出鮑勃的輸入。

關於這個理論是如何被測試的，《科學新聞》（Science News ）是這樣描述的：

為了證明這種交流是可能的，瓦爾特和他的同事們通過一組反射鏡和其他光學裝置發送了單個光子。該裝置先是將光子置於一個疊加態，然後同時將它發送到代表愛麗絲和鮑勃的兩個位置。

通過改變光的相位（光也是一種電磁波），研究人員在每個觀測站用0或1對光子進行編碼。然後，在每一個觀測站，光子——仍然處於愛麗絲和鮑勃之間的中間疊加狀態，被送到了對面的觀測站。在這個過程中，光子與自身相互作用，像水波一樣相互干擾，放大或者削弱自身的強度。這種干擾決定了最終光子是否在愛麗絲觀測站或者鮑勃觀測站被檢測到。

至於這項技術之前為什麼沒有被發現，我們也無從得知，可能只是科學研究人員還沒有想到這一點。瓦爾特告訴《科學新聞》：「有時候你會忽略一個很酷的想法，然後它又是恰好出現在你面前。」這也只是量子物理的另一個展示。

蝌蚪五線譜編譯自popularmechanics，譯者 孫慧敏，轉載須授權

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！