量子物理学新发现！光学图形状态后可选性的硬限制

自从20世纪初发现量子力学以来，物理学家一直依靠光学来检验其基本原理。即使在今天，线性量子光学——单个光子在镜子、波板和分束器中如何表现的物理学——在多党纠缠的观察、量子非局域性的测试以及解决有关现实本身本质的基本问题方面仍处于领先地位。众所周知，光线会避免相互作用。一束光不会轻易地影响到第二束光的任何东西——它们只是通过干扰叠加在一起，继续工作。到目前为止，量子力学测试依赖于我们产生光的状态的能力，在测量所有光子时，可以筛选出测量模式的一个子集——那些期望的相互作用已经发生的模式。物理学家称这种技术为“后选择”。

博科园-科学科普：布里斯托尔大学(University of Bristol)量子光子学中心(Centre for Quantum Photonics)的一个研究小组的新工作，揭示了通过后选择可以进行的量子运算的基本限制。随着物理学家建立越来越大的光量子态，仅使用后选择就能得到越来越少的纠缠态。布里斯托尔团队发现，随着后选择方案的复杂性增加，想要的交互状态(最初很容易从较大的状态筛选出来)开始表现得与噪声难以区分，这使得后选择成为不可能。每个光子都可以携带量子信息的一个量子比特，或称“量子位”，用于从量子计算到量子通信的各种应用。

关于六量子位图态的概念艺术图，在本作品中讨论，以及它在局部互补后的对应，这种状态可以通过线性光学和后选择实现。图片：J. Silverstone, University of Bristol

纠缠态的一个重要类别是“图态”，之所以这样称呼是因为它们的纠缠可以被可视化为图的量子位节点之间的连接。研究人员将后可选性启发式应用于图形状态，将最多9个量子位的图形编入可后可选目录，结果发现这些图形不到总数的五分之一。对于更大的量子系统，这一比例预计将大幅下降，从而限制了当今量子光子技术所能达到的纠缠态，并加强了对产生和纠缠光子的新技术的需求，这项研究发表在2018年11月28日的《量子科学与技术》上。

这项新研究的主要作者杰里米•阿德科克(Jeremy Adcock)表示：尽管我们的后选择规则表明，大多数州都是禁区，但它们也告诉我们如何构建最复杂的实验。领导该项目的乔舒亚·西尔弗斯通博士(Joshua Silverstone)是布里斯托尔大学(Bristol)的Leverhulme早期职业研究员表示：人们多年来就知道选后的问题，但值得注意的是，只有现在我们才能看到它的根本局限。后选择仍然有一些争论，但这项工作应该真正让人们思考光学量子技术的现代方法。

博科园-科学科普｜研究/来自：布里斯托大学

参考期刊文献 :《量子科学与技术》

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