量子物理学通过解释微小粒子以违背日常逻辑的方式相互作用，为了解我们的宇宙提供了一个迷人的视角。它催生了从激光到原子钟等各个领域的实用技术。

其中最引人入胜的现象之一是量子纠缠，其中两个物体共享一种强大的联系，测量一个物体可以立即反映在另一个物体上，即使它们相隔很远的距离。

来自巴黎-萨克雷理论物理研究所的物理学家们大胆地描述了从这些紧密相关的量子对中出现的统计模式。

他们最近的研究表明，一旦研究人员知道如何处理各种形式的纠缠，他们就可以为先进技术设计可靠的测试。

量子物理学证实了纠缠

科学家们几十年来一直在探索纠缠的概念。

阿尔伯特·爱因斯坦曾称之为“远距离的幽灵般的动作”，贝尔测试很快成为一项奠基性实验，证实了纠缠违背了任何局域隐变量解释。

2022 年，阿兰·阿斯佩、约翰·克劳瑟和安东·塞林格因其开创性的工作获得了诺贝尔物理学奖，该工作证明了这些纠缠的结果无法用经典物理学来解释。

为什么部分纠缠很重要

大多数早期实验都集中在量子位上，量子位可以处于最大纠缠状态或更适度的配置中。

这项新研究解决了部分纠缠问题，即物体共享一种相关性，这种相关性很强，但达不到最大水平。

“这个想法很巧妙但很难解释，它是使用我们对最大纠缠态的理解来描述来自部分纠缠态的统计数据。我们发现了一种数学变换，可以进行富有成效的物理解释，”来自巴黎-萨克雷理论物理研究所的理论物理学家维克多·巴里齐恩和让-丹尼尔·班卡尔说。

无需黑盒即可测试技术

研究人员花费了数年时间开发自测试方法，这些方法仅使用测量数据来确认量子设备的运行是否正确。

这些方法在量子密码学中很有用，其中安全通信依赖于纠缠系统的不可预测性。

先前的项目表明，可以自测试某些最大程度纠缠的对。这项新工作更进一步，全面展示了极端情况之间发生的情况。

这种更精确的理解为未来的实验提供了一个路线图，以确定它们可以推动量子系统走多远。

它阐明了为什么某些纠缠设置在现实条件下容易出错，以及哪些测量选择可以优化结果。

研究人员可以专注于设计不确定性较小的量子协议。他们还可以获得更清晰的蓝图来扩展量子计算机，量子计算机依赖于纠缠的组件来处理经典机器无法处理的信息。

挑战与展望

实施这些全面的统计检查并非易事。实验室必须跟踪细微的测量设置并确保设置保持稳定。

然而，理论基础是弥合抽象数学与实用工具之间差距的重要一步。

可能很快就可以将实际的实验室结果与明确定义的标准进行比较，以确认部分纠缠。

量子技术测试的转变

量子设备通常仍然很神秘，因为它们的行为类似于黑匣子。通过全面了解可能的测量统计数据，科学家们现在可以发现可能表明生产或校准缺陷的差异。

这种方法为更可靠的量子通信方案奠定了基础。

它还指出了安全数据传输方面的新发展的潜力，因为如果设备经过超出标准协议的测试，黑客可能会发现量子加密更难破解。

对部分纠缠模式的分析可以鼓励全球实验室重新审视较早的实验。有些人可能会发现关于纠缠如何随着更多量子位对的结合而扩展的更深刻的见解。

关于部分和最大纠缠的综合指南有助于统一不同的研究路径。它还激励工程师们构建符合更完整的量子模型的硬件。

为什么这一切都很重要？

总而言之，该领域的进展在学术界之外也产生了良好的共鸣。随着量子计算的发展，即使在纠缠处理方面的小幅改进也可以提高机器的速度和效率，这些机器有望为复杂问题提供新的解决方案。

充分理解当涉及纠缠时出现的量子统计类型具有一些重要的意义。首先，它有助于定义量子理论本身的界限。

这意味着我们可以更好地理解实验中实际可能发生的事情——当然，前提是自然界遵守量子物理学的规则。

与此同时，这种知识为我们提供了强大的方法来测试各种纠缠系统和测量。因此，无论您使用哪种系统，这些测试都适用。

一个令人兴奋的例子？使用量子纠缠的设备可以获得主要的安全性提升。我们可以根据实时观察来保证安全性，而不是依赖于硬件的物理设置（随着时间的推移可能会发生变化）。

更广泛地说，这为量子测试、通信、密码学甚至计算方面的新方法打开了大门。

这一突破证实，当数学变换与物理系统如此紧密地匹配时，理论预测与实验现实之间的差距可以缩小。