科学家们利用人工智能发现了一种更简单的方法来在亚原子粒子之间形成量子纠缠，为更简单的量子技术铺平了道路。
当光子等粒子纠缠在一起时，它们可以共享量子特性（包括信息），无论它们之间的距离如何。这种现象很重要是使太强大了。
但事实证明，形成量子纠缠键通常对科学家来说具有挑战性。这是因为它需要准备两个独立的纠缠对，然后测量每对光子的纠缠强度（称为贝尔态测量）。
这些测量导致量子系统崩溃，并使两个未测量的光子纠缠在一起，尽管它们从未直接相互作用。这种“纠缠交换”过程可用于量子隐形传态。
2024 年 12 月 2 日发表在期刊上的一项新研究物理评论快报，科学家使用 皮修斯，一种专为设计量子光学实验而创建的人工智能工具。该论文的作者最初打算重现量子通信中纠缠交换的既定协议。然而，人工智能工具不断产生一种更简单的方法来实现光子的量子纠缠。
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“作者能够在一组复杂的数据上训练神经网络，这些数据描述了如何在许多不同的条件下设置此类实验，并且网络实际上学习了其背后的物理原理，”索菲亚·瓦莱科萨，量子技术计划的研究物理学家 欧洲核子研究中心没有参与这项新研究的他告诉《生活科学》。
利用人工智能简化量子纠缠
人工智能工具提出，纠缠之所以会出现，是因为光子的路径是不可区分的：当光子可能来自多个可能的来源时，如果它们的起源彼此无法区分，那么它们之间就会产生纠缠，而以前不存在这种纠缠。
尽管科学家们最初对结果持怀疑态度，但该工具不断返回相同的解决方案，因此他们测试了这一理论。通过调整光子源并确保它们无法区分，物理学家创造了条件，在某些路径上检测光子可以保证另外两个光子出现纠缠。
量子物理学的这一突破简化了量子纠缠的形成过程。未来，它可能会对用于安全消息传递的量子网络产生影响，使这些技术更加可行。
“我们越能依赖简单的技术，我们就越能扩大应用范围，”Vallecorsa 说。 “建立更复杂的网络的可能性，可以在不同的几何结构中分支，可能会对单一端到端的情况产生重大影响。”
然而，将该技术扩展到商业上可行的过程是否实用还有待观察，因为环境噪声和设备缺陷可能会导致量子系统不稳定。
这项新研究还为物理学家使用人工智能作为研究工具提供了令人信服的论据。 “我们正在更多地考虑引入人工智能，但仍然存在一些怀疑，主要是因为一旦我们开始这样做，物理学家的角色将会是什么，”瓦莱科萨说。 “这是获得非常有趣的结果的机会，并以非常引人注目的方式展示了它如何成为物理学家使用的工具。”
