真空中控制量子隨機性首次實現

科技日報2023年7月13日電，據最新一期《科學》雜志報道，美國麻省理工學院研究人員在量子技術方面取得了一項里程碑式的成就，首次展示了對量子隨機性的控制。這不僅讓科學家能重新審視量子光學中幾十年前的概念，還開啟了通向概率計算和超精密場感測領域更深處的大門。

研究人員將重點放在量子物理的一種獨特性質上，即所謂的“真空漲落”（也稱為量子漲落）。人們可能會認為真空是一個完全空無一物的空間，沒有物質或光。然而在量子世界，就連這片“空無”的空間也會發生波動或變化。這些波動使科學家能夠產生隨機數字，同時也是量子科學家在過去100年里發現的許多令人著迷現象的原因。

研究人員證明，在光學參數振蕩器中注入弱激光產生一種“偏置”，可作為“偏置”量子隨機性的可控源。光學參數振蕩器是一種自然產生隨機數的光學系統。團隊成功展示了操縱與光學參數振蕩器輸出狀態相關的概率的能力，從而創造了有史以來第一個可控的光子概率比特（p比特）。此外，該系統對偏置場脈沖的時間振蕩表現出了敏感性，甚至遠遠低于單光子水平。

據研究人員介紹，光子p比特產生系統目前允許每秒產生10 000比特，每個比特都可遵循任意二項分布。

麻省理工學院馬林·索爾季奇教授強調了這項工作的更廣泛意義：“通過使真空漲落成為可控元素，我們正在突破量子增強概率計算的可能性極限。在組合優化和晶格量子色動力學模擬等領域模擬復雜動力學的前景非常令人興奮。”

（來源：科技日報）