量子散射對量子糾纏的影響?近期，發表于國際著名學術期刊《物理評論快報》上的一項研究引發了業内的關注國外研究人員借鑒量子“反蝴蝶效應”的研究，解決了物理學中長期存在的實驗問題研究建立了對量子計算機性能進行基準測試的方法，并且有效地減少了量子信息擾動對于計算的幹擾，我來為大家講解一下關于量子散射對量子糾纏的影響?跟着小編一起來看一看吧!

量子散射對量子糾纏的影響

近期，發表于國際著名學術期刊《物理評論快報》上的一項研究引發了業内的關注。國外研究人員借鑒量子“反蝴蝶效應”的研究，解決了物理學中長期存在的實驗問題。研究建立了對量子計算機性能進行基準測試的方法，并且有效地減少了量子信息擾動對于計算的幹擾。

這一研究無疑對于正在探索前進中的量子計算顯得尤為重要。

量子世界不允許有“蝴蝶效應”

時間旅行是科幻小說中的熱門主題。那麼一旦回到過去，初始條件的改變是否會産生“蝴蝶效應”，以緻于改變整個曆史走向？

國外兩位科學家，也就是上述研究的論文作者，用量子計算機模拟了“時間旅行”。他們發現：量子有自我修複的能力。也就是說，在量子層面上，“蝴蝶效應”不成立。

在研究中，論文作者通過量子計算機模拟，讓量子比特進行了一次“時間旅行”，回到了過去。在“時間旅行”的過程中，所有的量子比特其中的一個會被破壞。然而，出人意料的是，當所有的量子比特回到現在，一切卻都恢複了原樣，仿佛它們具備自愈的能力。

論文作者解釋說：在量子計算機上，可以模拟時間的反方向演化，換言之，可以模拟一個回到過去的旅程。因此，我們可以回到過去，弄些小損傷，然後返回現在。我們在經曆了上述過程之後，卻發現世界仍然好好的，因此，量子力學中沒有“蝴蝶效應。”

這就意味着，這種“量子反蝴蝶效應”可以應用于信息隐藏硬件和量子信息器件測試中，計算機可以通過将初始狀态轉換為強糾纏态來隐藏信息。這一新發現還可以被用來測試量子處理器是否真的在量子原理下工作。

論文作者表示，他們的協議量化了量子系統中的信息加擾，并明确地将其與由量子退相幹引起的嘈雜背景中的假陽性信号區分開。使用他們開發的簡單、強大的協議，可以确定量子計算機有效處理信息的程度。同時，該協議也适用于其他複雜量子系統中的信息丢失。退相幹形式的噪聲在與周圍環境耦合時，會擦除複雜系統(例如量子計算機)中所有的量子信息。

論文作者表示，他們的方法利用“量子反蝴蝶效應”，在一個循環中随着時間的向前和向後演化一個系統，因此可以将其應用于任何具有時間反轉動力學的系統，包括量子計算機和使用冷原子的量子模拟器。

為此，他們準備了一個量子系統和子系統，使整個系統向前演化，從而在不同的子系統中引起變化，然後在相同的時間内向後演化系統。作者表示，通過測量兩個子系統之間的信息重疊，就可以顯示有多少信息被加擾保留了，而有多少信息因退相幹而丢失。

多種因素影響量子計算機性能

“在量子計算中，相幹性是一種能夠實現量子計算的量子狀态，而退相幹性是指随着信息洩漏到周圍環境而失去該狀态的狀态。”合肥本源量子計算公司相關技術專家(以下簡稱有關專家)向科技日報記者解釋道：量子比特要保持其相幹性，才能讓量子疊加态信息得以維持，量子比特的相幹性被破壞的過程叫做退相幹，其所經曆的時間叫做退相幹時間。量子比特與環境的相互作用是造成其退相幹的主要原因。

“因此，要延長量子比特的退相幹時間，就必須有效隔絕量子比特與環境的一切相互作用，僅僅放開對量子比特操控和讀取所需的部分，讓量子比特近似成為一個‘孤立系統’。”有關專家表示。

有關專家告訴記者，在實際的量子比特系統中，造成量子比特退相幹的因素還有很多。而且這些因素往往相互關聯，因此，在設計和制造過程中需要經常權衡取舍。其中有屬于外界環境的因素，如電磁輻射、溫度漲落、振動；也有屬于量子比特制造過程的因素，如量子比特周邊的雜質導緻的二能級損耗(TLS損耗)、量子芯片或封裝上的磁性物質、封裝和線路工藝尚不能完全超導而在低溫下加信号産生的熱噪聲等。

有關專家強調，除“量子比特的相幹性”外，量子邏輯門的操作、讀取的速度和保真度，同樣也是影響量子計算機性能的重要因素。

“在有限的相幹時間内，量子邏輯門的操作速度越快，量子計算機所能執行的門數量越多。量子邏輯門的操作保真度越高，則計算錯誤率越小。”有關專家告訴記者，操作速度和保真度的瓶頸則在于線路的優化和量子測控系統的操作精度。線路優化包括從室溫到低溫直到封裝盒和芯片内部每一級線路的轉換與性能優化。量子測控系統的操作精度則取決于内部數模轉換器(DAC)、模數轉換器(ADC)的精度、微波器件的精度等。

一種處理信息擾動的簡潔方法

“确切地說，此次研究是建立了一種基準方法。通過測量系統中的一種特殊可觀測量的值，再根據該測量結果，就可以嚴格準确地區分開量子信息擾動過程和普通的量子退相幹過程。”有關專家說。

“這一研究再次表明，量子信息擾動與量子退相幹效應具有本質的不同，這進一步加深了我們對量子世界，尤其是對于複雜量子系統的認識。”有關專家表示，利用量子信息擾動的“反蝴蝶效應”，人們可以對量子信息進行編碼或者隐藏。例如，将初始信息制備成一個高度糾纏态，就可以使得該信息在經曆環境的擾動，甚至是外界的攻擊之後，仍能被很好地還原。

此外，由于“量子反蝴蝶效應”是複雜量子系統特有的性質，因此其也可以被用來檢驗量子計算機是否遵循量子力學規律。

有關專家告訴記者，在早期的實驗中，利用量子隐形傳态技術觀測到了量子信息擾動的存在。“不過那樣的實驗依賴于對量子系統的精密而複雜的控制，因而難以推廣。”

有關專家表示，本次研究提出了一種十分簡潔的新方法，可以有效地分辨出量子信息擾動，避免受到諸如量子退相幹效應等引起的嘈雜背景幹擾。

本報記者 吳長鋒

來源： 科技日報