对于众多新兴量子技术，如安全量子通信和量子计算，量子纠缠是必不可少的先决条件。马克斯·普朗克光科学研究所（MPL）的科学家们现已展示了一种特别高效的方法，该方法可以使光子与声学声子发生纠缠。

研究人员能够证明，这种纠缠对外部噪声具有抵抗力，而外部噪声是迄今为止任何量子技术通常会遇到的陷阱。他们在《物理评论快报》上发表了他们的研究成果。

量子纠缠是一种现象，其中粒子之间相互关联，以至于一个粒子的状态会立即影响另一个粒子的状态，无论它们之间的距离有多远。对于许多量子技术应用而言，纠缠是一个重要的现象，因为它可以实现安全的量子通信和高维量子计算。

由于光子（光的量子）能够以极高的速度传播并携带量子信息，因此通过非线性光学实现光子对的纠缠已成为一种公认的方法。

最近，MPL的科学家们成功解决了在诸如行进声波、声子以及光子等截然不同的实体之间建立纠缠的问题。所提出的光声纠缠方案基于布里渊散射，具有极高的鲁棒性，非常适合集成到量子信号处理方案中，并且可以在高温环境下实现。

实验室团队：Birgit Stiller、Changlong Zhu 和 Claudiu Genes。图片来源：Susanne Viezens

爱因斯坦称其为“远距离的诡异动作”。历史上，纠缠在许多不同的层面上都令人着迷，因为它与我们对自然基本法则的理解密切相关。

即使相隔很远，粒子之间的量子相关性也可以持续存在。在实际层面，量子纠缠是许多新兴量子技术的核心。在光域中，光子的纠缠是确保量子通信方法或量子计算方案的基础。

然而，光子是易挥性的。因此，正在为某些应用寻找可行的替代方案，例如量子存储器或量子中继器方案。一种这样的替代方案是声学域，其中量子存储在声波或声波中。

MPL 的科学家们现在已经提出了一种非常有效的光子与声子纠缠的方法：当两个量子沿着相同的光子结构传播时，声子的移动速度要慢得多。潜在效应是称为 Brillouin-Mandelstam 散射的光学非线性效应。它负责在根本不同的能量尺度上耦合量子。

在他们的研究中，科学家们表明，拟议的纠缠方案可以在数十开尔文的温度下运行。这比标准方法的要求要高得多，标准方法通常使用昂贵的设备，例如稀释冰箱。在光纤或光子集成芯片中实现这一概念的可能性使这种机制在现代量子技术中的应用特别有趣。

更多信息：Changlong Zhu 等人，连续布里渊活性固态系统中的光声纠缠，物理评论快报（2024 年）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.133.203602

期刊信息： Physical Review Letters