“量子優勢”首獲實驗證明

科技日報記者 張夢然

一項由丹麥、美國、加拿大和韓國聯合團隊開展的國際合作研究，首次通過實驗證明了量子技術在特定任務中遠超經典方法的能力，完成任務時間從2000萬年縮短到15分鐘，真正實現了“量子優勢”。該成果發表在新一期的《科學報告》上。

研究的核心問題源於一個普遍存在的挑戰：如何高效地瞭解一個複雜且充滿噪聲的物理系統。在傳統方法中，科學家需要反覆測量系統，通過大量數據來推斷其行為特徵，比如設備的“噪聲指紋”。但對於量子系統而言，這一過程變得異常困難——不僅因為測量本身會擾動系統，更因為隨着系統規模增大，所需測量次數呈指數級增長，很快就會超出實際可行的範圍。

為突破這一瓶頸，丹麥工業大學研究團隊嘗試引入一種獨特的量子資源：糾纏光。量子糾纏是量子力學中一種奇特現象，兩個粒子或光束一旦糾纏，無論相隔多遠，對其中一個的測量結果會立即揭示另一個的狀態。利用這一特性，團隊設計了一個實驗，使用糾纏的光脈衝來探測一個具有共享噪聲模式的光學系統。

實驗採用的是標準的光學元件和通信波段的光。團隊製備了兩束相互糾纏的壓縮光，其中一束用於探測目標系統，另一束作為參考。通過對這兩束光進行聯合測量，他們能夠一次性提取出更多有效信息，顯著減少了測量模糊性。

結果令人震驚：原本需要約2000萬年才能完成的系統表徵任務，使用糾纏光僅用15分鐘就完成了。這種效率提升並非源於設備更精密，而是測量方式本身的量子優勢。因為團隊並沒有依賴理想化的無損環境，而是在一個現實、有損耗的系統中實現了這一突破。

這一成果的意義不僅在於速度的飛躍，更在於它展示了量子技術在傳感、系統識別乃至機器學習等領域的潛在應用價值。

該研究為量子計量和量子傳感開闢了新路徑，也表明量子優勢不再是紙上談兵，它已經在實驗室的光路中悄然發生。

總編輯圈點

量子優勢已經從理論推演進入到實際演示。利用糾纏，我們可以超越經典物理的信息提取限制，這為未來開發高靈敏度量子傳感器提供了可行路徑。而在機器學習與大數據分析領域，面對海量噪聲數據的建模難題，這種高效的信息萃取機制也將幫助革新訓練過程，顯著降低能耗與時間成本。下一步，我們將看到量子技術從“展示能力”邁向“解決實際問題”。