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量子纠缠的起源和发展历史

1935年A.Einstein首先将纠缠这个幽灵引进量子力学,从此有关她的研究就一直没有停止过。

量子纠缠和经典物理的最大差异在于其空间的非定域性,正是这一奇特的性质使她成为当下量子信息技术的核心。纠缠的概念可以从下图看出:



其中一个粒子处在上态,另一个粒子处在下态。两者是一种反关联的状态。

这种纠缠必须是某种物理量的纠缠,比如光子的偏振纠缠,原子或者电子的自旋纠缠等等。即必须寄托于某个物理量。

量子纠缠和经典物理的最大差异在于其空间的非定域性,正是这一奇特的性质使她成为量子信息技术的核心。在各种纠缠态中,光子纠缠态凭借着易产生、易操作等优点已经成为实验物理学家研究的重点对象,是国内外量子光学团队研究的热点。

历史上第一次生成纠缠光子对的实验是在高能物理领域,1946年,吴健雄在剑桥大学成功的通过正负电子湮灭生成了两个偏振纠缠光子对,从那以后各种制备纠缠光子对的方案陆续被提出,生成的纠缠光子对的性能也在不断提高。

目前效率比较高的是参量下转换(SPDC)过程,即一个光子通过BBO晶体后会发生下转换过程,变为两个光子,这两个光子是纠缠的,影响纠缠光子的因素有相位匹配、晶体长度等等。看一下原理图就会瞬间秒懂了。具体怎么用科学的手段衡量纠缠? Northern Irish 物理学家JS-Bell提出了著名的Bell不等式,判定体系有无纠缠,这个是具体的实验操作中会用到、这个在下一节介绍。



值得注意的是近几年,依靠量子纠缠(将纠缠作为资源)兴起的量子信息技术,包括量子保密,量子通信,比较火热。以及量子计算和量子计算机,由于退相干的存在,量子计算和量子计算机目前的进展不是很大。





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