量子信息中心提出制備冷凍細(xì)菌量子疊加、量子糾纏與量子隱形傳態(tài)的理論方案
量子信息中心提出制備冷凍細(xì)菌量子疊加、量子糾纏與量子隱形傳態(tài)的理論方案
2016年06月23日 瀏覽次數(shù): 0
清華大學(xué)交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究員與美國普渡大學(xué)合作，提出制備冷凍活體細(xì)菌的量子疊加態(tài)、量子糾纏和量子隱形傳態(tài)的理論方案，研究論文“Quantum superposition, entanglement, and state teleportation of a microorganism on an electromechanical oscillator”（《電力學(xué)振子上微生物的量子疊加、糾纏與隱形傳態(tài)》）于今年初發(fā)表在Science Bulletin（《科學(xué)通報(bào)》）上。
圖1：利用超導(dǎo)電路力學(xué)振子系統(tǒng)協(xié)同冷卻冷凍的細(xì)菌到量子基態(tài)。
自從1935年薛定諤提出了薛定諤貓理想實(shí)驗(yàn)以來，物理學(xué)家對制備宏觀系統(tǒng)的量子疊加態(tài)越來越感興趣。到目前為止，已實(shí)現(xiàn)了單個(gè)原子，大分子，乃至微米尺度機(jī)械振子的量子疊加態(tài)。近年來，人們把目光投向了生命體，我們能否如同薛定諤貓的原始定義那樣，制備生命體的量子疊加態(tài)？ 最近，尹璋琦助理研究員與美國普渡大學(xué)物理系與電子工程系李統(tǒng)藏助理教授合作，提出把冷凍但保持生命活性的細(xì)菌粘在鋁薄膜機(jī)械振子表面，同時(shí)冷卻振子到量子基態(tài)。由于細(xì)菌的質(zhì)量遠(yuǎn)小于振子，附著了細(xì)菌的振子頻率與品質(zhì)因子幾乎沒有變化，這意味著細(xì)菌也隨之被制備到了量子基態(tài)。不僅如此，與超導(dǎo)電路耦合在一起的薄膜機(jī)械振子可以很容易的被制備到各種量子狀態(tài)，比如說量子疊加態(tài)，量子糾纏態(tài)等等。
論文隨后討論了用微波電路作為媒介，讓兩個(gè)互相遠(yuǎn)離的薄膜糾纏起來，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的兩個(gè)微生物之間的量子糾纏。我們還可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的細(xì)菌內(nèi)部電子自旋之間的量子隱形傳態(tài)，把一個(gè)微生物的量子態(tài)傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)微生物上。這個(gè)方案具有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)可行性，為實(shí)驗(yàn)上制備出生命體的量子疊加態(tài)，量子糾纏態(tài)乃至生物內(nèi)態(tài)的量子隱形傳輸指明了途徑。此外，這個(gè)方案還有望用于精確地測量細(xì)菌內(nèi)部分子的結(jié)構(gòu)和缺陷，實(shí)現(xiàn)量子極限下的分辨率，幫助我們更本質(zhì)地理解生物大分子如何發(fā)揮功能。
論文去年9月以arXiv預(yù)印本形式發(fā)布時(shí)，就獲得廣泛關(guān)注和報(bào)道。中國《科技日報(bào)》頭版報(bào)道并配發(fā)總編輯評論。英國的 Physics World 網(wǎng)站記者專門采訪了尹璋琦博士，并以《薛定諤的細(xì)菌能處于量子疊加么？》報(bào)道了此工作。英國《衛(wèi)報(bào)》兩次專題報(bào)道這個(gè)工作，英國牛津大學(xué)的David Deutsch教授評論說： “Demonstrating that something is in different places simultaneously is an excellent way of demonstrating the reality of quantum superpositions.”論文正式發(fā)表后，又得到了包括財(cái)經(jīng)媒體在內(nèi)的更廣泛的報(bào)道和關(guān)注。最近，物理學(xué)家Sabine Hossenfelder在美國福布斯網(wǎng)站上發(fā)表的《10 Quantum Truths About Our Universe》引用了此工作。據(jù)Google Scholar檢索，論文已被引用10次。
《Science Bulletin》是《科學(xué)通報(bào)》的英文版，由中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會(huì)共同主辦，力求及時(shí)報(bào)道自然科學(xué)各學(xué)科基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面具有創(chuàng)新性和高水平的、有重要意義的最新研究成果。論文的第一作者是李統(tǒng)藏助理教授，第二作者為尹璋琦助理研究員，李統(tǒng)藏與尹璋琦是論文的共同通訊作者。此項(xiàng)研究得到了科技部973導(dǎo)向項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金的資助。
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論文鏈接：
http://link.springer.com/article/10.1007/s11434-015-0990-x
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國內(nèi)外媒體報(bào)道如下：
1.?? 環(huán)球科學(xué), "量子“薛定諤的貓”將成現(xiàn)實(shí)？至少“薛定諤的細(xì)菌”不遠(yuǎn)了".
2.?? 科技日報(bào)，“物理學(xué)家計(jì)劃讓有機(jī)生命“分身””
3.?? Guardian, "Schr?dinger’s microbe: Physicists plan to put living organism in two places at once".
4.??????? Phys.org "Research pair offer a way to put a living organism into superposition state".
5.??????? MSN.com "Schr?dinger's cat experiment to be tested using live organisms for the first time".
6.??????? PhysicsWorld.com "Could 'Schr?dinger's bacterium' be placed in a quantum superposition?"
7.??????? The Conversation: "Physicists prove ‘quantum spookiness’ and start chasing Schr?dinger’s cat ".
8.??????? Iran Daily reported as "Putting living organism into superposition state".
9.??????? Vice.com "'Schr?dinger's Bacterium' Puts a Biological Spin on Quantum Mechanics".
10.???? Guardian：“A living thing in two places at once? This quantum quandary test is limited”
11.???? 鳳凰網(wǎng) 財(cái)經(jīng): 量子技術(shù)全面提速 10股面臨重大機(jī)遇
12.???? 證券時(shí)報(bào): 量子技術(shù)或圓瞬移夢想 概念股有望破繭成蝶
13.???? Popular Science: Researchers Propose Method For Teleporting Creatures' Memories.
14.???? Phys.org:?Physicists propose the first scheme to teleport the memory of an organism.
15.? 參考消息： 中美科學(xué)家研究"時(shí)空穿越" 嘗試傳送活體微生物
16.? BBC的Knowledge雜志亞洲版，2016年4月報(bào)道。
17.? 入選 《Elleman 睿士》 “25件黑科技，獻(xiàn)給即將到來的猴年馬月”
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