科學家們利用人工智能發現了一種更簡單的方法來在亞原子粒子之間形成量子糾纏，為更簡單的量子技術鋪平了道路。
當光子等粒子糾纏在一起時，它們可以共享量子特性（包括信息），無論它們之間的距離如何。這種現像很重要是使太強大了。
但事實證明，形成量子糾纏鍵通常對科學家來說具有挑戰性。這是因為它需要準備兩個獨立的糾纏對，然後測量每對光子的糾纏強度（稱為貝爾態測量）。
這些測量導致量子系統崩潰，並使兩個未測量的光子糾纏在一起，儘管它們從未直接相互作用。這種“糾纏交換”過程可用於量子隱形傳態。
2024 年 12 月 2 日發表在期刊上的一項新研究物理評論快報，科學家使用 皮修斯，一種專為設計量子光學實驗而創建的人工智能工具。該論文的作者最初打算重現量子通信中糾纏交換的既定協議。然而，人工智能工具不斷產生一種更簡單的方法來實現光子的量子糾纏。
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“作者能夠在一組複雜的數據上訓練神經網絡，這些數據描述瞭如何在許多不同的條件下設置此類實驗，並且網絡實際上學習了其背後的物理原理，”索菲亞·瓦萊科薩，量子技術計劃的研究物理學家 歐洲核子研究中心沒有參與這項新研究的他告訴《生活科學》。
利用人工智能簡化量子糾纏
人工智能工具提出，糾纏之所以會出現，是因為光子的路徑是不可區分的：當光子可能來自多個可能的來源時，如果它們的起源彼此無法區分，那麼它們之間就會產生糾纏，而以前不存在這種糾纏。
儘管科學家們最初對結果持懷疑態度，但該工具不斷返回相同的解決方案，因此他們測試了這一理論。通過調整光子源並確保它們無法區分，物理學家創造了條件，在某些路徑上檢測光子可以保證另外兩個光子出現糾纏。
量子物理學的這一突破簡化了量子糾纏的形成過程。未來，它可能會對用於安全消息傳遞的量子網絡產生影響，使這些技術更加可行。
“我們越能依賴簡單的技術，我們就越能擴大應用範圍，”Vallecorsa 說。 “建立更複雜的網絡的可能性，可以在不同的幾何結構中分支，可能會對單一端到端的情況產生重大影響。”
然而，將該技術擴展到商業上可行的過程是否實用還有待觀察，因為環境噪聲和設備缺陷可能會導致量子系統不穩定。
這項新研究還為物理學家使用人工智能作為研究工具提供了令人信服的論據。 “我們正在更多地考慮引入人工智能，但仍然存在一些懷疑，主要是因為一旦我們開始這樣做，物理學家的角色將會是什麼，”瓦萊科薩說。 “這是獲得非常有趣的結果的機會，並以非常引人注目的方式展示了它如何成為物理學家使用的工具。”
