“量子優(yōu)勢(shì)”首獲實(shí)驗(yàn)證明 任務(wù)時(shí)間大幅縮短!一項(xiàng)由丹麥、美國、加拿大和韓國聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開展的國際合作研究,首次通過實(shí)驗(yàn)證明了量子技術(shù)在特定任務(wù)中遠(yuǎn)超經(jīng)典方法的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,完成任務(wù)的時(shí)間從2000萬年縮短到15分鐘,真正實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)勢(shì)”。該成果發(fā)表在新一期的《科學(xué)報(bào)告》上。
研究的核心問題是如何高效地了解一個(gè)復(fù)雜且充滿噪聲的物理系統(tǒng)。傳統(tǒng)方法中,科學(xué)家需要反復(fù)測量系統(tǒng),通過大量數(shù)據(jù)來推斷其行為特征,例如設(shè)備的“噪聲指紋”。但對(duì)于量子系統(tǒng)而言,這一過程變得異常困難。不僅因?yàn)闇y量本身會(huì)擾動(dòng)系統(tǒng),還因?yàn)殡S著系統(tǒng)規(guī)模增大,所需測量次數(shù)呈指數(shù)級(jí)增長,很快就會(huì)超出實(shí)際可行的范圍。
為突破這一瓶頸,丹麥工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)嘗試引入一種獨(dú)特的量子資源:糾纏光。量子糾纏是量子力學(xué)中一種奇特現(xiàn)象,兩個(gè)粒子或光束一旦糾纏,無論相隔多遠(yuǎn),對(duì)其中一個(gè)的測量結(jié)果會(huì)立即揭示另一個(gè)的狀態(tài)。利用這一特性,團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn),使用糾纏的光脈沖來探測一個(gè)具有共享噪聲模式的光學(xué)系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)采用的是標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)元件和通信波段的光。團(tuán)隊(duì)制備了兩束相互糾纏的壓縮光,其中一束用于探測目標(biāo)系統(tǒng),另一束作為參考。通過對(duì)這兩束光進(jìn)行聯(lián)合測量,他們能夠一次性提取出更多有效信息,顯著減少了測量模糊性。
結(jié)果令人震驚:原本需要約2000萬年才能完成的系統(tǒng)表征任務(wù),使用糾纏光僅用15分鐘就完成了。這種效率提升并非源于設(shè)備更精密,而是測量方式本身的量子優(yōu)勢(shì)。團(tuán)隊(duì)并沒有依賴?yán)硐牖臒o損環(huán)境,而是在一個(gè)現(xiàn)實(shí)、有損耗的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了這一突破。
這一成果的意義不僅在于速度的飛躍,還在于它展示了量子技術(shù)在傳感、系統(tǒng)識(shí)別乃至機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。該研究為量子計(jì)量和量子傳感開辟了新路徑,表明量子優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室的光路中悄然發(fā)生。
量子優(yōu)勢(shì)已經(jīng)從理論推演進(jìn)入到實(shí)際演示。利用糾纏,我們可以超越經(jīng)典物理的信息提取限制,這為未來開發(fā)高靈敏度量子傳感器提供了可行路徑。而在機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域,面對(duì)海量噪聲數(shù)據(jù)的建模難題,這種高效的信息萃取機(jī)制也將幫助革新訓(xùn)練過程,顯著降低能耗與時(shí)間成本。下一步,我們將看到量子技術(shù)從“展示能力”邁向“解決實(shí)際問題”。