开创性实验测量地球自转对量子纠缠的影响

开创性实验测量地球自转对量子纠缠的影响萨格纳克干涉仪2公里长的光纤缠绕在边长1.4米的方形铝制框架上。图片来源：奥地利维也纳大学光学萨格纳克干涉仪在测量旋转时已经非常灵敏，但是基于量子纠缠的干涉仪具有进一步提高这种灵敏度的潜力。量子纠缠是一种现象，其中两个或多个粒子共享一种状态，即使它们被远距离分开，其中一个粒子的测量也会影响另一个粒子的状态。研究团队建造了一个巨大的光学萨格纳克干涉仪，并在数小时内将噪声保持在低而稳定的水平。这使得他们能够检测到足够高质量的纠缠光子对，相比以前的光学萨格纳克干涉仪，旋转精度提高了1000倍。在一项实验室实验中，科学家们将纠缠光子（红色方块）送入一个干涉仪（如图），该干涉仪的灵敏度足以测量地球的自转。马尔科-迪维塔在实际实验中，两个纠缠光子在巨大线圈上缠绕的2公里长的光纤内传播，实现了一个有效面积超过700平方米的干涉仪。针对地球自转，研究人员还设计了一个巧妙的方案：将光纤分成两个等长的线圈，并通过一个光学开关将它们连接起来。通过打开和关闭开关，可有效地根据需要取消旋转信号，并延长大型设备的稳定性。这种方式就像“欺骗”光，让它认为处于一个非旋转的宇宙中。利用这项实验，研究人员观察到了地球自转对最大纠缠双光子态的影响。这证实了爱因斯坦狭义相对论和量子力学中描述的旋转参考系和量子纠缠之间的相互作用。研究人员表示，该研究结果和方法将为进一步提高基于量子纠缠的传感器旋转灵敏度奠定基础，可能会为未来通过时空曲线测试量子纠缠行为的实验开辟道路。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435041.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435041.htm

研究人员发明测量高维量子比特的有效方法

研究人员发明测量高维量子比特的有效方法传统的计算机比特将数据分类为1或0，与之相反，量子比特可以持有1、0或两者的值。这是由于叠加的原因，这种现象使几个量子状态同时存在。量子比特的"d"指的是可能被编码在一个光子上的各种级别或数值。传统的量子比特只有两个层次，但通过增加更多层次，它们就变成了量子比特。左起：Hsuan-HaoLu和JosephLukens在ORNL量子实验室工作。资料来源：GenevieveMartin/ORNL，美国能源部。来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）、普渡大学和美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员最近完成了一对纠缠的八级量子比特的特征分析，它们形成了一个64维的量子空间，使以前的离散频率模式记录翻了四倍。他们的发现最近发表在《自然通讯》杂志上。"我们一直都知道有可能利用光子的颜色或光频率来编码10级或20级的量子，甚至更高，但问题是测量这些粒子非常困难，"ORNL的博士后研究助理Hsuan-HaoLu说。"这就是这篇论文的价值--我们发现了一种高效和新颖的技术，在实验方面相对容易做到。"当qudits被纠缠时甚至更难测量，这意味着无论它们之间的物理距离如何，它们都共享非经典的相关性。尽管有这些挑战，频率槽对，也就是两个在频率上纠缠在一起的光子形式的量子很适合携带量子信息，因为它们可以按照规定的路径通过光纤而不被其环境明显改变。"我们将最先进的频率槽对生产与最先进的光源结合起来，然后用我们的技术来描述高维量子纠缠，其精确程度是以前没有显示过的，"Wigner研究员和ORNL的研究科学家JosephLukens说。研究人员开始了他们的实验，将激光照射到一个微环谐振器上--这是一个由EPFL制造的圆形片上设备，旨在产生非经典光。这个强大的光子源占据了1平方毫米的空间--大小与一支削尖的铅笔的笔尖相当--并允许研究小组以量子频率梳的形式产生频率槽对。通常情况下，qudit实验需要研究人员构建一种称为量子门的量子电路。但在这种情况下，研究小组使用一个电光相位调制器来混合不同频率的光，并使用一个脉冲整形器来修改这些频率的相位。这些技术在普渡大学AndrewWeiner领导的超快光学和光纤通信实验室得到了广泛的研究，Lu在加入ORNL之前曾在那里学习。这些光学设备在电信行业很常见，研究人员随机进行这些操作，以捕捉许多不同的频率相关性。据Lu说，这个过程就像掷出一对六面骰子，并记录每个数字组合出现的次数--但现在骰子是相互纠缠在一起的。"这种涉及相位调制器和脉冲整形器的技术，在超快和宽带光子信号处理的经典背景下被大量追求，并被扩展到频率量子化的大道上，"Weiner说。为了向后推断哪些量子态产生的频率相关性是量子比特应用的理想选择，研究人员在一种叫做贝叶斯推理的统计方法的基础上开发了一个数据分析工具，并在ORNL进行计算机模拟。这项成就建立在该团队以前的工作基础上，重点是进行贝叶斯分析和重建量子状态。研究人员现在正在对他们的测量方法进行微调，为一系列的实验做准备。通过通过光纤发送信号，他们旨在测试量子通信协议，如远程传输，这是一种传输量子信息的方法，以及纠缠互换，这是纠缠两个先前不相关的粒子的过程。普渡大学的研究生KarthikMyilswamy计划将微环谐振器带到ORNL，这将使该团队能够在该实验室的量子局域网上测试这些能力。Myilswamy说："现在我们有一种方法可以有效地描述纠缠的频率量子，我们可以进行其他面向应用的实验。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333675.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333675.htm

研究人员利用量子纠缠概念将导航传感器的精度上升到一个新的高度

研究人员利用量子纠缠概念将导航传感器的精度上升到一个新的高度量子纠缠是量子力学中的一种现象，两个或更多的粒子可以成为相关的，一个粒子的状态取决于另一个粒子的状态，即使相隔很远。这意味着，一个粒子的状态变化可以瞬间影响另一个粒子的状态，而不考虑它们之间的距离。这种看似矛盾和反直觉的行为已在许多实验中得到证实，并被认为是量子力学最迷人和神秘的方面之一。密歇根大学电气和计算机工程系副教授、该研究的共同通讯作者ZheshenZhang说："通过利用纠缠，我们既提高了测量灵敏度，也提高了我们进行测量的速度。"实验是在亚利桑那大学完成的。光学机械传感器测量干扰机械传感装置的力，而机械传感装置会响应地移动。然后用光波测量该运动。在这个实验中，传感器是膜，它的作用就像鼓头，在经历了一个推力之后会振动。光机械传感器可以作为加速度计使用，在没有GPS卫星的星球上可以用于惯性导航，或者在一栋大楼内，当一个人在不同楼层导航时，也可以使用。量子纠缠可以使光机械传感器比目前使用的惯性传感器更精确。它还可以使光机械传感器寻找非常微妙的力量，如识别暗物质的存在。暗物质是不可见的物质，据信它在宇宙中的质量是我们用光所能感知的质量的五倍。它将用引力拉扯传感器。以下是纠缠如何改善光机械传感器的原理：光学机械传感器依赖于两束同步的激光。其中一束从传感器中反射出来，而传感器中的任何运动都会改变光在到达检测器的途中所走的距离。当第二波与第一波重叠时，这种移动距离的差异就会显示出来。如果传感器是静止的，这两个波是完全一致的。但是，如果传感器在移动，它们会产生一个干扰模式，因为它们的波峰和波谷在某些地方会相互抵消。这种模式显示了传感器振动的大小和速度。通常在干涉测量系统中，光走得越远，系统就越精确。地球上最敏感的干涉测量系统--激光干涉仪引力波观测站可以将光送入8公里的旅程，但这种规模的设备这是不可能装入智能手机的。为了使小型化光学机械传感器达到高精度，Zhang的团队探索了量子纠缠。他们没有把光分成一次，让它在一个传感器和一个镜子上反弹，而是把每束光分成第二次，让光在两个传感器和两个镜子上反弹。亚利桑那大学光学科学助理教授达尔齐尔-威尔逊与他的博士生阿曼-阿格拉瓦和克里斯蒂安-普鲁查一起建造了这些膜设备。这些膜只有100纳米或0.0001毫米厚，可以对非常小的力做出反应。增加一倍的传感器可以提高精确度，因为膜的振动应该是相互同步的，但纠缠增加了额外的协调水平。研究小组通过"挤压"激光来创造纠缠。在量子力学物体中，例如构成光的光子，对一个粒子的位置和动量的了解程度有一个基本限制。因为光子也是波，这就转化为波的相位（它在振荡中的位置）和振幅（它携带多少能量）。"这种挤压重新分配了不确定性，因此被挤压的部分可以更精确地知道，而反挤压的部分则带有更多的不确定性。我们挤压了相位，因为那是我们的测量需要知道的，"亚利桑那大学Zhang实验室刚毕业的博士生、该论文的共同通讯作者YiXia说。在挤压的光线中，光子彼此之间的关系更加密切，研究人员将光子通过分光器时发生的情况与汽车在高速公路上走到岔路口形成对比。"你有三辆车走一条路，三辆车走另一条路。但在量子叠加中，每辆车都是双向行驶的。现在左边的车与右边的车纠缠在一起，"他说。因为两个纠缠的光束的波动是相关的，它们的相位测量的不确定性是相关的。因此，通过一些数学技巧，该团队能够得到比两个未纠缠的光束更精确的测量结果，而且他们可以以60%的速度完成。更重要的是，精度和速度有望与传感器的数量成比例上升。根据设想，纠缠增强型传感器阵列将比现有传感技术提供数量级的性能增益，以实现对目前物理模型以外的粒子的检测，为一个尚未被观察到的新世界打开大门。该团队的下一步是将该系统小型化。目前，他们已经可以把挤压光源放在一个边长只有半厘米的芯片上。他们希望在一两年内拥有一个带有挤压光源、分束器、波导和惯性传感器的原型芯片。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357957.htm

研究人员利用量子密钥创造了新的安全信息传输距离纪录：100公里

研究人员利用量子密钥创造了新的安全信息传输距离纪录：100公里德国电信大学的研究团队通过100公里长的光纤电缆，成功地安全分发了量子加密密钥。资料来源：德国技术大学丹麦科技大学（DTU）的科学家通过连续可变量子密钥分发（CVQKD）技术分发量子安全密钥，在安全通信领域取得了突破性进展。该团队创造了一项新纪录，使该技术的有效距离达到了前所未有的100公里，这是CVQKD技术所能达到的最远距离。这种方法的优势在于它可以应用于现有的互联网基础设施。量子计算机对现有的基于算法的加密技术构成了威胁，目前这种加密技术可以确保数据传输不被窃听和监视。目前，量子计算机还没有强大到足以破解这些加密算法的地步，但这只是时间问题。如果量子计算机成功破解了最安全的算法，那么它就为所有通过互联网连接的数据敞开了大门。这加速了基于量子物理学原理的新加密方法的开发。但要取得成功，研究人员必须克服量子力学的一个难题--确保较长距离内的一致性。迄今为止，连续可变量子密钥分发技术在短距离内最有效。"我们实现了一系列改进，尤其是在沿途光子损耗方面。在这次发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上的实验中，我们通过光缆将量子加密密钥安全分发了100公里。"德国技术大学副教授托比亚斯-盖林（TobiasGehring）说："这是使用这种方法的创纪录距离。"他与德国技术大学的一组研究人员的目标是能够通过互联网在全球范围内分发量子加密信息。"来自光量子态的密匙当数据需要从A发送到B时，必须对其进行保护。加密将数据与发送方和接收方之间分发的安全密钥结合起来，这样双方都能访问数据。在数据传输的过程中，第三方一定不能找出密钥，否则，加密就会被破坏。因此，密钥交换对数据加密至关重要。量子密钥分发（QKD）是研究人员正在研究的一种用于重要交换的先进技术。该技术利用量子力学粒子（称为光子）发出的光来确保加密密钥的交换。研究小组：（前排）AdnanA.E.Hajomer、NitinJain、UlrikL.Andersen（后排）IvanDerkach、Hou-ManChin、TobiasGehring。资料来源：德国技术大学当发送者发送用光子编码的信息时，光子的量子力学特性就会被利用，为发送者和接收者创建一个独一无二的密钥。其他人试图测量或观察量子态光子时，会立即改变光子的状态。因此，物理上只有通过干扰信号才能测量光。"不可能复制量子态，就像复制一张A4纸一样--如果你尝试复制，那将是一个低劣的副本。这就是无法复制密钥的原因。"托比亚斯-盖林解释说："这可以保护健康记录和金融部门等关键基础设施免遭黑客攻击。通过现有基础设施工作连续可变量子密钥分发（CVQKD）技术可以集成到现有的互联网基础设施中。使用这项技术的优势在于可以建立一个类似于光通信的系统。互联网的支柱是光通信。它通过光导纤维中的红外线发送数据。光导纤维的作用是在电缆中铺设光导，确保我们能在全球范围内发送数据。通过光纤电缆发送数据的速度更快、距离更远，而且光信号不易受到干扰，技术术语称之为噪音。"这是一项已经使用了很长时间的标准技术。因此，你不需要发明任何新东西就能用它来分发量子密钥，而且它还能大大降低实施成本。而且，我们可以在室温下工作，"托比亚斯-盖林解释说："但CVQKD技术在较短的距离内效果最佳。我们的任务是增加距离。100公里是朝着正确方向迈出的一大步"。研究人员通过解决限制他们的系统在更远距离上交换量子加密密钥的三个因素，成功地增加了距离。机器学习提供了对影响系统的干扰的早期测量。这些干扰被称为"噪音"，例如，电磁辐射会扭曲或破坏正在传输的量子态。较早地检测到噪声可以更有效地减少其相应的影响。此外，研究人员还能更好地纠正因噪音、干扰或硬件缺陷而可能出现的错误。"在我们即将开展的工作中，我们将利用这项技术在丹麦各部委之间建立一个安全通信网络，以确保他们的通信安全。我们还将尝试在哥本哈根和欧登塞等地之间生成秘密密钥，使在这两个城市都设有分支机构的公司能够建立量子安全通信，"托比亚斯-盖林说。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426301.htm

中国研究人员声称找到利用量子计算机破解RSA加密的方法，但是数学与量子领域科学家对此表示怀疑

中国研究人员声称找到利用量子计算机破解RSA加密的方法，但是数学与量子领域科学家对此表示怀疑最近几天，一群中国研究人员声称已经想出了一种方法来破解支撑当今大部分在线通信的RSA加密，这些问题得到了极大的缓解。人们普遍认为，量子计算机能够破解在线加密的可能性是未来十年或更长时间可能存在的危险。但来自中国多所顶尖大学和政府支持实验室的24名研究人员表示，他们的研究表明，使用已经可用的量子技术是可能的。到上周晚些时候，高等数学和量子力学交叉领域的一些研究人员对这一说法泼了冷水。Riverlane的Brierley说它“不可能工作”，因为中国研究人员假设量子计算机能够简单地同时运行大量计算，而不是试图通过应用系统的量子特性来获得优势。最早提出量子计算机破解加密方法的美国数学家彼得·肖尔预测，无法一次运行所有计算意味着量子计算机将需要“数百万年”才能运行论文中提出的计算.对于一些量子公司来说，中国关于在线加密的惊人声明表明该技术的重要时刻正在临近。但对于怀疑者来说，这项研究明显的不切实际将证明量子计算仍然是一项令人印象深刻的科学实验，而不是一项实用技术。——（节选）

【研究：量子纠缠光子对支付交易进行加密】

【研究：量子纠缠光子对支付交易进行加密】2023年07月05日03点38分老不正经报道，维也纳量子科学技术中心7月4日发表的一篇题​​为“量子数字支付的演示”的论文中，研究人员展示了可能是第一个基于量子力学的“无条件安全”数字交易系统。为了实现这一目标，研究人员使用一对量子纠缠光子对支付交易进行加密。通过这种纠缠，其中一个光子的任何状态变化都会准确地反映在另一个光子中，即使相隔一定距离，研究人员也能够确保任何修改交易的尝试都会受到量子力学本身性质的阻碍。研究人员称，我们展示了量子光如何通过生成本质上不可伪造的量子密码来确保日常数字支付的安全。量子纠缠最有用的特征之一是，在测量纠缠物体之前，我们无法知道它处于什么状态。