澳大利亚,新南威尔士州
科学家在量子物理学领域取得了一项重大突破，他们利用人工智能发现了一种更简单的方法来实现量子纠缠——阿尔伯特·爱因斯坦曾将这一现象称为“鬼魅般的超距作用”。这一发现有望通过使量子隐形传态和量子互联网变得更加实用和高效，彻底改变量子通信和计算领域。
这项发表在《物理评论快报》上的研究使用了一种先进的AI驱动神经网络来分析量子光学实验。AI没有仅仅复制现有的纠缠方法，而是开发了一种全新的、更简单的技术，用于在粒子之间创建量子链接。这一发现可以显著简化科学家生成纠缠的方式——这是量子技术中最关键的方面之一。
实现量子纠缠的更简单方法
量子纠缠是量子力学中一种奇特但至关重要的特性，两个粒子瞬间链接在一起，共享量子信息，无论它们之间的距离有多远。这种效应是量子计算、超安全通信和未来量子互联网的基础。然而，生成纠缠一直是一个复杂而精细的过程，需要精确的实验设置和极其敏感的测量。
传统上，纠缠是通过纠缠交换实现的，即创建两个独立的纠缠粒子对，并对每对中的一个粒子进行一种称为贝尔态测量的特定测量。这使得两个未测量的粒子即使从未直接相互作用，也会变得纠缠。
这个过程复杂且资源密集，需要对量子系统进行高度控制。但这项新的AI驱动研究挑战了这种传统方法，提出了一种完全不同的、更高效的方法。
AI找到了一种更好的方法，但科学家最初持怀疑态度
在实验中，研究人员使用了PyTheus，这是一种旨在优化量子光学实验的先进AI工具。最初，AI的任务是复制已知的纠缠方法，但它却找到了一种新颖、更简单的方法来创建量子纠缠。
它能够在一组复杂数据上训练神经网络，这些数据描述了如何在许多不同条件下设置此类实验，而网络实际上学习了其中的物理原理。
AI发现，纠缠可以在光子沿着不可区分的路径传播时自然产生，而不需要通常的贝尔态测量。如果多个光源以某种方式产生光子，使得它们的起源变得不可区分，那么纠缠就可以在粒子之间没有直接相互作用的情况下形成。
起初，研究人员对AI的发现持怀疑态度。然而，经过反复测试，他们发现AI的方法始终有效，证实它确实发现了一种更高效的生成纠缠的方法。
对量子互联网和安全通信的影响
量子纠缠是许多未来技术的核心，包括量子密码学、量子计算和备受期待的量子互联网。然而，生成纠缠的复杂性减缓了实际应用的进展。AI驱动的突破可以显著简化这一过程，使大规模量子网络更加可行。
我们越能依赖简单的技术，就越能扩大应用范围。构建可以以不同几何形状分支的更复杂网络的可能性，可能会对单一端到端的情况产生重大影响。
换句话说，如果纠缠可以更容易地生成，那么扩展量子网络将变得更加实际。这可能会导致新的高速、超安全通信系统的出现，这些系统无法通过经典计算进行黑客攻击。
未来的挑战：这一突破能否规模化？
虽然AI发现的方法令人兴奋，但将其规模化用于商业量子技术仍然是一个开放的挑战。量子系统以脆弱著称，环境噪声和硬件中的缺陷可能会破坏纠缠过程。
此外，随着研究人员开始更多地依赖AI驱动的发现，关于人类直觉在物理学中的作用的争论也在持续。虽然AI可以生成超出科学家预期的解决方案，但对其在实验环境中的可靠性仍存在一些怀疑。
人们正在更多地引入AI，但仍然存在一些怀疑，主要是由于一旦我们开始走这条路，物理学家的角色将是什么，这是一个获得非常有趣结果的机会，并以一种非常引人注目的方式展示了这如何成为物理学家使用的工具。
尽管存在这些挑战，AI生成的纠缠方法代表了在使量子技术更简单、更易于访问并可能为大规模实施做好准备方面迈出的重要一步。
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