一项提出超过20年的量子纠缠理论终于通过实验得到验证，为无需持续主动控制和测量即可在远距离量子比特之间建立稳定量子连接提供了新方案。
奥地利科学技术研究院（ISTA）的物理学家与德国慕尼黑工业大学研究人员利用由相关光粒子组成的“量子浴”，实现了完全自主的分布式量子纠缠。
这项实验为未来模块化量子计算机提供了重要的概念验证。
研究发表在Physical Review X，论文题为“Distributing stationary qubit entanglement through a non-local squeezed reservoir”。
为什么量子纠缠如此重要
量子纠缠是指量子粒子的性质以经典物理无法解释的方式产生关联。
Albert Einstein曾将这一现象称为“spooky action at a distance”。
Qubit是量子计算机的信息基本单位。
传统Bit只能表示0或1，而Qubit可以处于涉及两种状态的Quantum Superposition。
Entanglement让多个Qubit共享Quantum Correlation，因此是Quantum Computing和Quantum Communication的重要资源。
传统方法需要主动控制
传统Distributed Entanglement通常依赖主动操作。
一种方法是在两个Qubit之间发送受控Photon。
另一种方法让两个Qubit分别释放Photon，再通过测量过程进行匹配。
这些方案需要反复控制和测量，而且并非每次都能成功。
“量子浴”连接远距离Qubit
新实验使用由相关Microwave Photon组成的Quantum Bath。
研究人员不需要持续操作单个Qubit，而是让两个Qubit同时接触低能量的相关Microwave Radiation。
经过设计的量子环境会推动两个Qubit进入Entangled State，并持续稳定该状态。
因此整个过程无需持续Active Control或Measurement。
实验距离为50厘米
概念验证实验中，Qubit通过约50厘米，也就是20英寸的电缆与相关系统分离。
不过这一方案原则上并不局限于这个距离。
单一Correlated Photon Source还有望产生多个Entangled Pair，为连接更多Quantum Computing Module提供基础。
Entanglement可以持续保持
该方法的重要特征是Stationary Entanglement。
系统并非只产生短暂的纠缠状态，而是通过Quantum Environment持续将Qubit推回目标状态。
这意味着Entanglement可以作为后续Quantum Processing随时使用的资源。
研究人员验证纠缠状态
研究人员使用持续时间仅为十亿分之一秒级别的Microwave Pulse测量Qubit。
Quantum Measurement会使Superposition坍缩为确定状态。
这一问题与Decoherence密切相关，也是Quantum Computing面临的主要技术障碍之一。
可用于Hybrid Quantum System
不同频率的Photon，包括Optical和Microwave频率，未来可能用于稳定处于不同Energy Scale的Qubit。
因此该方法也可能用于Hybrid Quantum System。
当前效率约10%
目前这一方法只能传递Quantum Bath中约10%的Entanglement。
因此Active Control方法目前仍然更加高效。
不过研究人员认为，这是一种具有扩展潜力的Framework。
通往大型Quantum Network
未来Quantum Computer可能由多个小型Quantum Module连接组成，而不是单个巨大Processor。
这意味着Distributed Entanglement将成为模块间处理Quantum Information的重要基础。
研究人员认为，这一方法未来有望同步多个远距离Qubit，为大型Quantum Processor和Quantum Network提供新的技术路径。
