真空中控制量子隨機性首次實現(xiàn)

科技日報2023年7月13日電，據(jù)最新一期《科學》雜志報道，美國麻省理工學院研究人員在量子技術(shù)方面取得了一項里程碑式的成就，首次展示了對量子隨機性的控制。這不僅讓科學家能重新審視量子光學中幾十年前的概念，還開啟了通向概率計算和超精密場感測領(lǐng)域更深處的大門。

研究人員將重點放在量子物理的一種獨特性質(zhì)上，即所謂的“真空漲落”（也稱為量子漲落）。人們可能會認為真空是一個完全空無一物的空間，沒有物質(zhì)或光。然而在量子世界，就連這片“空無”的空間也會發(fā)生波動或變化。這些波動使科學家能夠產(chǎn)生隨機數(shù)字，同時也是量子科學家在過去100年里發(fā)現(xiàn)的許多令人著迷現(xiàn)象的原因。

研究人員證明，在光學參數(shù)振蕩器中注入弱激光產(chǎn)生一種“偏置”，可作為“偏置”量子隨機性的可控源。光學參數(shù)振蕩器是一種自然產(chǎn)生隨機數(shù)的光學系統(tǒng)。團隊成功展示了操縱與光學參數(shù)振蕩器輸出狀態(tài)相關(guān)的概率的能力，從而創(chuàng)造了有史以來第一個可控的光子概率比特（p比特）。此外，該系統(tǒng)對偏置場脈沖的時間振蕩表現(xiàn)出了敏感性，甚至遠遠低于單光子水平。

據(jù)研究人員介紹，光子p比特產(chǎn)生系統(tǒng)目前允許每秒產(chǎn)生10 000比特，每個比特都可遵循任意二項分布。

麻省理工學院馬林·索爾季奇教授強調(diào)了這項工作的更廣泛意義：“通過使真空漲落成為可控元素，我們正在突破量子增強概率計算的可能性極限。在組合優(yōu)化和晶格量子色動力學模擬等領(lǐng)域模擬復雜動力學的前景非常令人興奮?！?/p>

（來源：科技日報）