如何让相距50千米的两团原子，产生量子纠缠
生活好了，人的要求也提高了。要是搁以前，“楼上楼下电灯电话”，做梦都要笑醒。
现在可不行。电影要看3d了，手机要连5g了，送快递要用无人机器了，就连厕所的马桶盖都要自带暖气了。
于是，科学家也开始对现在的量子纠缠方案，感到不满意了！
量子纠缠是一种资源
在实践的角度来说，量子力学就是一种资源。有了这个资源，你就能开展量子计算，开展量子保密通信，在未来，有可能创造巨大的社会财富。
这么好的东西，为啥科学家开始不满意了呢？
现有的量子纠缠方案，应用场景有限
科学家不是说对量子纠缠的原理不满意，而是觉得现有的远距离量子纠缠方案，可应用的范围不够大。
现有的远距离量子纠缠都是用光子实现的。光子这玩意儿大家都知道，只能以光速运动，永远也不可能停下来。
这就造成了三个问题:
一，光子跑的越远，衰减就越厉害，传输效率太低。
二，光子停不下来，它携带的量子信息也就停不下来。这就导致其中的量子信息没法在一个地方存储。这就好比你有个快递，每天在天上飞，你第二天一觉醒来都不知道上哪儿找去。
三，要想读取光子的信息，就要把光子吸收掉，这也就是进行破坏性测量。这就好比你买了个u盘，只能读一次数据，读完以后u盘就坏了，你下次还得重新买一个，天天都得叫快递。
如何让两个原子形成量子纠缠？
为了说明实验原理，我们先来看看，如何让两个原本不纠缠的粒子，产生量子纠缠。这通常有两招：
第一招：让俩粒子发生相互作用
这个道理很简单。假如有一个原子，有一个光子。用光照一下原子，它们就有一定概率产生量子纠缠。研究组的第一步就是这么做的。
第二招：进行特殊测量
这个道理稍微有点儿复杂。这有点儿像，你脚底打滑摔了一跤。我可以说是你主动撞地球了，你可以说不知道咋回事，是地球主动撞你了。到底是谁主动，这是个相对的概念；你从不同的角度看，结论就会不一样。
俩粒子的关系也是一样的。你要是从一个角度看，这俩粒子没纠缠。你要是从另一个角度看，不得了了，俩粒子居然同时处于2种相互矛盾的纠缠态。
这个时候，科学家只要从纠缠的角度进行测量，就会让这俩粒子真的产生纠缠。研究组的第二步就是这么做的。
如何让相距50千米的两个原子发生量子纠缠？
所以，研究组就是通过联合使用这两招，让相距50千米的两个原子形成了量子纠缠。不过，实验的具体原理很复杂。这就相当于网上那个画马的教程，我刚说了开头怎么画，现在要踩油门，进行思维加速了，直接跳到马画好的样子了。
所以，请各位乘客抓好门把手，系好安全带。
首先，以上说的办法不能直接用。为啥？因为俩原子不在一个地，不可能直接发生相互作用，所以第一招不能直接用。俩原子不在一个地，不可能同时对他们测量，所以第二招也不能直接用。
研究组心想，这就好比俩黑帮谈判。俩大哥不在一个地，但是可以派俩小弟到一个地谈，谈完了大哥再签字承认不就完了？
所以，我们可以让俩原子派俩小弟，让这俩小弟跑到一个地接受测量。由于量子纠缠有个特性，就是俩粒子结拜兄弟了，存在很强的关联。你要是测了其中一个，就等于同时测了俩。
你要是让俩小弟跟大哥之间有纠缠，那么如果俩小弟之间形成了新的纠缠，就可以同时让俩大哥之间也形成新的纠缠。
想明白这件事，具体的实验就好办了。研究组先是用第一招，让a地和b地的两个原子，分别和两个光子形成量子纠缠。这俩光子就是小弟。
然后，研究组让俩光子来到a和b的中间，然后通过第二招，让它们形成新的量子纠缠。
于是，另外俩原子也同时被测量搞得形成新的纠缠了。
不过，这只是研究组使用的第一种方法，叫作“双光子” 方案。
在此基础上，研究组还使用了另一种“单光子”方案，并将纠缠距离延长到了50千米。这两种方案的思路是一样的，只是光子和原子纠缠的具体形式不同。在这个方案中，纠缠中的光子处于一种“既生又死”的叠加态中。
虽然这么做会增加实验难度，但也有好处。这俩“半死不活的光子”只要有一个活着把信儿送到，纠缠就能形成。
因此，“单光子”方案的纠缠成功率更高。
于是，量子纠缠终于成功出村了！
迈出“量子互联网”基础设施的第一步
看到这儿，你可能有问题。这俩原子才距离50千米，也就是出了村刚到乡里。
所以，这个实验相当于说，他们做出了一个能出村的1量子比特的中继器。将来要去市里、省里都好办，多弄几个量子比特，再多弄几个交换器，一个节点一个节点连过去就好了。
也许到了将来的某一天，科学家可以用类似的思路，铺设一套“量子互联网”的基础设施，让远距离、大规模、安全交换量子数据成为可能。
参考文献：
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作者：sheldon
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