量子雙模式貓態可用于量子計算

新一期美國《科學》雜志5月26日發表研究說，科學家在實驗中制造出一種狀態更加奇異的“薛定諤貓”，它同時存在于兩個箱子之中，這項成果朝研制實用可靠的量子計算機邁出了又一步。

“薛定諤貓”是由奧地利物理學家薛定諤于1935年提出的，它假設了這樣一種情況：將一只貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，鐳的衰變存在幾率，放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處于死和活的疊加狀態。

既死又活的貓在現實世界是荒謬的，但隨著量子力學的發展，科學家已成功使多粒子構成的系統達到這種難以理解的量子“薛定諤貓”態。由于這些粒子都屬于同一種粒子，因此又被稱為單模式貓態。

《科學》雜志發表的新研究第一次給單模式貓態引入量子糾纏的元素。量子糾纏是量子力學的另一個基本概念，大意是相隔很遠的兩個系統可以瞬間互相影響，被愛因斯坦稱為“遠距離鬧鬼”。

論文第一作者、美國耶魯大學博士后王晨告訴新華社記者：“我們產生的量子態可以比作一只‘薛定諤貓’跨越兩個箱子，或者說是首次實現一種雙模式貓態。這是一個20年前就有所展望但是至今終于得以圓滿解決的難題。”

具體而言，他們設計了兩個微波超導空腔，而“薛定諤貓”就是空腔內由幾十個光子組成的駐波。駐波是指兩個頻率相同的波在沿相反方向傳播時互相疊加而成的波。這兩個空腔內的光子雖然頻率不同，但跨空腔關聯，如同一只“薛定諤貓”同時存在于兩個箱子中。

王晨說，這項成果的實際用途在于量子計算。未來的量子計算機可以比普通的計算機強大得多，但要實現有用的量子計算，量子糾錯能力必不可少，這是目前研制量子計算機的一個主要障礙，而雙模式貓態將有望為量子計算的運算過程加入量子糾錯。雙模式貓態還可對其他量子信息技術有所幫助，如量子通信、量子精密測量等。