量子圈最近传来一个大消息,表面看是数学推导,其实背后是整个量子技术的关键突破。
事情的主角是日本理化学研究所的数学物理学家Bartosz Regula和阿姆斯特丹大学的Ludovico Lami。他们干了一件之前几乎没人能做到的事:推导出了纠缠蒸馏速率的精确表达式。

纠缠蒸馏,听起来高深,其实是量子计算和量子通信的“净化器”。
理想状态下,量子协议需要的是纯净、完美纠缠的粒子对。但现实中我们做不到,只能制造出带噪声、纠缠度低的量子状态。这就像我们需要纯净水,但实验室只能生产泥水。
怎么办?就得靠纠缠蒸馏技术,把一堆“泥水”式的量子态,变成少数几对“纯净水”级别的纠缠态。
问题是,这个过程的“效率”——也就是从多少个低质量纠缠态里,能提取出几个高质量的,没人说得清。
之前只有极少数特殊情况能算出具体数值,大多数情况都是一团数学迷雾。20年前,有人尝试用相对熵去建立数学联系,但后面发现那套证明有漏洞。
这一次,Regula他们没走老路,换了角度,用的是近似极限情况下的大量量子态来推导。他们终于把之前那个“看起来可能有联系”的猜测,变成了一个确切的公式。
这,是全领域第二次有人做到这种级别的解析推导。而且他们这次拿到的是在“较弱限制条件下”的表达式——就是比以前适用范围广了很多。
Regula本人也没想到能推出来。他原本只是觉得“可能有点关系”,最后却直接把整个结构解开了。
但问题也来了。
这个公式在实际操作上离实验还有段距离。因为公式是基于“很多很多量子态”同时操作的极限情况推导出来的,而现在的实验室连控制几十个量子比特都困难。理论已经领先实验太多了。
这也是现在量子研究的现状——理论在跑,实验在追。

这次推导发布在《Nature Communications》,顶级正经的学术通告。20年未解的数学难题被破了,纠缠蒸馏终于有了更清晰的计算方式。