“量子優(yōu)勢”首獲證明，完成任務(wù)時間縮短到15分鐘
科技日報北京9月28日電（記者張夢然）一項由丹麥、美國、加拿大和韓國聯(lián)合團(tuán)隊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，完成任務(wù)時間從2000萬年縮短到15分鐘，真正實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)勢”。該成果發(fā)表在新一期的《科學(xué)報告》上。
實(shí)驗(yàn)中用于產(chǎn)生糾纏光的光學(xué)參量振蕩器。
圖片來源：《科學(xué)報告》
研究的核心問題源于一個普遍存在的挑戰(zhàn)：如何高效地了解一個復(fù)雜且充滿噪聲的物理系統(tǒng)。在傳統(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，比如設(shè)備的“噪聲指紋”。但對于量子系統(tǒng)而言，這一過程變得異常困難——不僅因?yàn)闇y量本身會擾動系統(tǒng)，更因?yàn)殡S著系統(tǒng)規(guī)模增大，所需測量次數(shù)呈指數(shù)級增長，很快就會超出實(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，兩個粒子或光束一旦糾纏，無論相隔多遠(yuǎn)，對其中一個的測量結(jié)果會立即揭示另一個的狀態(tài)。利用這一特性，團(tuán)隊設(shè)計了一個實(shí)驗(yàn)，使用糾纏的光脈沖來探測一個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。因?yàn)閳F(tuán)隊并沒有依賴?yán)硐牖臒o損環(huán)境，而是在一個現(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，更在于它展示了量子技術(shù)在傳感、系統(tǒng)識別乃至機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。
該研究為量子計量和量子傳感開辟了新路徑，也表明量子優(yōu)勢不再是紙上談兵，它已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室的光路中悄然發(fā)生。
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