真空中控制量子随机性首次实现

据最新一期《科学》杂志报道，美国麻省理工学院研究人员在量子技术方面取得了一项里程碑式的成就，首次展示了对量子随机性的控制。这不仅让科学家能重新审视量子光学中几十年前的概念，还开启了通向概率计算和超精密场感测领域更深处的大门。

研究人员将重点放在量子物理的一种独特性质上，即所谓的“真空涨落”（也称为量子涨落）。人们可能会认为真空是一个完全空无一物的空间，没有物质或光。然而在量子世界，就连这片“空无”的空间也会发生波动或变化。这些波动使科学家能够产生随机数字，同时也是量子科学家在过去100年里发现的许多令人着迷的现象的原因。

研究人员证明，在光学参数振荡器中注入弱激光产生一种“偏置”，可作为“偏置”量子随机性的可控源。光学参数振荡器是一种自然产生随机数的光学系统。团队成功展示了操纵与光学参数振荡器的输出状态相关的概率的能力，从而创造了有史以来第一个可控的光子概率比特（p比特）。此外，该系统对偏置场脉冲的时间振荡表现出了敏感性，甚至远远低于单光子水平。

从真空波动生成可调随机数的实验装置。图片来源：美国科学促进会网站

据研究人员介绍，光子p比特产生系统目前允许每秒产生10000比特，每个比特都可遵循任意二项分布。

麻省理工学院马林·索尔季奇教授强调了这项工作的更广泛意义：“通过使真空涨落成为可控元素，我们正在突破量子增强概率计算的可能性极限。在组合优化和晶格量子色动力学模拟等领域模拟复杂动力学的前景非常令人兴奋。”