维也纳大学 跨越噪音区域的两个伙伴之间的沟通渠道的艺术插图
通过在量子叠加的多条路径上分布信息，增强了信道的抗噪声能力
学分:维也纳大学视觉与科学学院 噪声限制了现代量子技术的性能
然而，以叠加路径行进的粒子可以绕过通信中的噪声
在菲利普·瓦尔特的领导下，香港大学、格勒诺布尔大学和维也纳大学以及奥地利科学院的合作揭示了在量子通信中降低噪声的新技术
发表在最新一期《物理评论研究》上的研究结果表明，以叠加路径行进的量子粒子能够降低通信中的噪声
在现代物理学最活跃的研究领域中，无论是学术水平还是更高，都包括量子计算和通信，它们应用量子现象如叠加和纠缠来进行计算或交换信息
世界各地的许多研究小组已经制造出量子设备，能够比任何经典计算机更快地进行计算
然而，要将这些设备转化为适销的量子计算机，还有很长的路要走
其中一个原因是，量子计算和量子通信都因为量子叠加态容易被破坏，或者两个或多个量子粒子之间的纠缠会丢失而严重恶化
克服这些限制的主要方法是应用所谓的量子纠错码
然而，这需要的资源数量超过了目前能够以可控方式实现的资源数量
尽管从长远来看，纠错很可能成为未来量子器件不可或缺的一部分，但一种互补的方法是减轻噪声——即未纠正错误的累积效应——而不依赖于如此多的额外资源
这些被称为降噪方案
通过简单的量子方案在没有额外资源的情况下减轻噪声 最近提出了一种沿着这一研究路线的新方法来降低双方之间的通信方案中的噪声
想象一下，双方想要通过交换一个量子粒子来进行通信，但是这个粒子必须通过一些有故障的传输线来发送(如图所示)
最近，香港大学的一组研究人员提出，通过引导粒子沿着量子叠加路径以相反的顺序穿过噪声区域，可以实现噪声的整体降低
特别是，虽然经典的粒子只能沿一条路径运动，但在量子力学中，它可以同时沿多条路径运动
举例来说，如果利用这个特性，让粒子沿着两个量子路径运动，就可以让粒子同时以相反的顺序穿越嘈杂的区域
这种效应已经被两项独立的研究实验所证实
这些结果表明，为了实现这种降噪，有必要将有噪声的传输线放置在相反阶的量子叠加中
此后不久，维也纳和格勒诺布尔的研究小组意识到，这种效果也可以通过更简单的配置来实现，甚至可以完全消除双方之间的噪音
维也纳大学菲利普·瓦尔特领导的一个研究小组已经实验性地实施了所有这些方案，并对它们进行了比较
在这项工作中，通过量子叠加的两个噪声区域的不同方式被用于各种噪声类型的比较
数值模拟也支持实验结果，以将研究扩展到更一般类型的噪声
令人惊讶的是，发现最简单的噪声信道量子叠加方案也能最好地降低影响通信的噪声
“现代量子技术中的纠错是当前量子计算和通信方案最迫切的需求之一
“我们的工作表明，至少在量子通信的情况下，目前使用的技术已经有可能在不需要额外资源的情况下缓解这个问题，”该出版物在《物理评论研究》上的第一作者朱利亚·鲁比诺说
演示技术的简易性允许在当前的远程通信中立即使用，并承诺在量子计算和量子热力学中的潜在进一步应用
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