想象一下，世界两端的人们希望以完全私密的方式共享机密信息。一个有前途的方案是利用量子纠缠，这是一种奇特的物理性质，其中两个粒子变得如此相互关联，以至于它们像一个单一的系统一样运作，即使相隔遥远。其中一个粒子的变化会立即影响另一个粒子，无论它们相距多远。
纠缠是量子密码学的支柱，这项技术利用粒子（如光子和电子）之间奇怪的相关性——以经典系统无法实现的方式共享信息。由此产生的消息理论上可以免受窃听：任何试图拦截消息的行为都会干扰其量子状态，立即向发送者和接收者发出警报。
然而，有一个问题：要使两个粒子纠缠，您必须先将它们放在同一个物理位置，以便它们可以本地交互，这使得该过程昂贵且后勤困难。这就像您必须亲自见面才能交换金钱，而不是通过银行发送。
阅读更多：量子纠缠将彻底改变 X 射线成像
借助于纠缠存储库
但是，如果新的量子密码学用户不必生成自己的纠缠粒子对呢？如果每方都可以简单地从本地“存储库”借用纠缠，从而省去麻烦呢？
在《物理评论 A》期刊上发表的最近的一篇论文中，一个国际研究团队报告说，这种变通方法确实是可行的。
“纠缠可以从存储库传输，就像从银行传输给客户一样，”论文合著者、波兰格但斯克大学的博士后 Chirag Srivastava 说。“他们不必聚集在一起。”
在制定量子思想实验时，物理学家经常引用名为 Alice 和 Bob 的虚构人物。在这项研究中，为了解释他们的新颖方法，作者引入了两个新角色：Charu 和 Debu。
最大纠缠
Alice 和 Bob 共享一个纠缠态，因此可以安全地通信。Charu 和 Debu 是另外两个遥远的参与者，他们想要自己的共享纠缠。但 Charu 没有从头开始构建，而是与 Alice 本地交互，而 Debu 与 Bob 本地交互。通过称为“幺正算符”的量子操作——本质上是粒子状态的仔细操纵——Alice 和 Bob 的一部分纠缠被转移到 Charu 和 Debu。
研究人员表明，原则上，这个过程可以无限期地重复，每个新的 Charu-Debu 对都会获得一部分量子连接。但派对不能永远持续下去。纠缠是一种有限的资源——你与更多人分享，每个部分的体积就越小。即使是最大的银行也无法提供无限的贷款。
不过，即使是少量的纠缠也可以实现某些任务。例如，在量子隐形传态中，您会将一个量子态从一个纠缠粒子“隐形传态”到另一个粒子；只要您不需要完美的保真度，部分纠缠就可以胜任。并且，如果有足够大的存储库，您就可以借用更多以执行需要最大纠缠的更大型任务。
解决量子通信难题
研究人员设想，未来将有少数这样的纠缠存储库作为全球中心，让无数用户无需自己生成纠缠，即可借用纠缠。这可以节省大量资源，并有助于扩大国际安全量子通信网络。
尽管如此，其他挑战仍然存在。例如，在建立纠缠态之后维持它们非常困难。当纠缠粒子与其各自的环境相互作用时，它们倾向于“退相干”，逐渐失去彼此之间脆弱的量子连接。
纠缠粒子在运输过程中尤其容易发生退相干，而这项研究消除了长距离运输它们的需要。当然，即使在受控的实验室环境中，也很难保持纠缠。Srivastava表示，这个问题仍然需要解决。但他和他的同事们已经解决了量子通信难题的一个重要部分：如何有效地在全球范围内共享纠缠。
“传输部分，”Srivastava说，“我们认为这是可行的。”
阅读更多：使用量子纠缠的传感器如何改进地震探测
文章来源
我们《Discovermagazine.com》的作者使用经过同行评审的研究和高质量来源来撰写文章，我们的编辑会审查科学准确性和编辑标准。请参阅本文使用的来源：
- 《物理评论 A》。从纠缠源到多对空间分离的观测者的本地纠缠传输
