在研究人員的新系統中，將返回光束與局部存儲的光束混合，并且它們的相位或振蕩周期的相關性有助于去除由與環境相互作用引起的噪聲。

MIT的一項新研究表明，即使在沒有與環境的相互作用中，糾纏可以提高光學傳感器的性能。

量子信息處理的非凡承諾 - 解決古典計算機不能，完全安全通信的問題取決于稱為“纏結”的現象，其中不同量子顆粒的物理狀態變得相互關聯。但糾纏非常脆弱，并且保留的難度是開發實用量子信息系統的主要障礙。

在自2008年以來的一系列論文中，MIT的MIT研究實驗室的光學和量子通信集團的成員認為，使用糾纏光的光學系統可以優于經典的光學系統 - 即使糾纏突破。

兩年前，他們展示以糾纏光源開頭的系統可以提供更有效的保護光通信的方法。現在，在一個紙張集中出現在物理評論信中，他們表明糾纏也可以提高光學傳感器的性能，即使它不會與環境的互動生存。

“這是遺失的事情在這一領域的理解中缺失，”這本文的共同作者和杰弗里·喬里·朱利葉斯·斯皮蘇羅（Jeffrey Shapiro）之一高級研究科學家Franco Wong電氣工程，光學和量子通信組的共同主任。“他們覺得，如果不可避免的損失和噪音使光線變得完全古典，那么就沒有任何東西來開始使用量子。因為它如何幫助？這個實驗表明的是，是的，它仍然可以有所幫助。“

逐步淘汰

糾纏意味著一個粒子的物理狀態限制了另一個粒子的可能狀態。例如，電子具有稱為旋轉的屬性，其描述了它們的磁向。如果兩個電子在相同距離處繞原子的核，則它們必須具有相反的旋轉。即使電子離開原子軌道，這種旋轉糾纏也可以持續存在，但與環境的交互快速地打破它。

在麻省理工學院研究人員的系統中，兩個光束纏繞，其中一個光線通過光纖儲存在本地 - 賽中 - 而另一個被投射到環境中。當來自投影光束的光 - “探測” - 被反映回來時，它帶有關于它遇到的對象的信息。但這種光線也被工程師稱之為“噪音”的環境影響損壞。用本地存儲的光束重新組合它有助于抑制噪聲，恢復信息。

局部光束可用于噪聲抑制，因為其相位與探針的相位相關。如果您認為光作為波浪，則具有常規的嵴和槽，如果它們的嵴和槽重合，則兩個光束處于階段。如果一個人的嵴與另一個槽對齊，則它們的相位是反相關的。

但光也可以被認為是由顆粒或光子組成。并且在粒子水平，階段是MURKIER概念。

“經典上，您可以準備完全相反的梁，但這只是平均有效的概念，”光學和量子通信組的郵政編劃，第一個作者上的Zheshen Zhang說。“平均而言，它們相反，但量子力學不允許您精確測量每個滲透光子的階段。”

提高賠率

相反，量子力學統計地解釋階段。給定兩個光子的特定測量，從兩個單獨的光束，有一些概率是梁的相位相關。測量的光子越多，光束要么相關的確定性就越大。在糾纏的光束上，那些確定性比古典梁的速度迅速增加。

當探測光束與環境相互作用時，它累積的噪聲也增加了隨后的相位測量的不確定性。但這是古典梁的真實，因為它是纏結的光束。因為纏繞的光束以更強的相關性開始，所以即使噪音導致它們在古典限度內倒回時，它們也比在同樣的情況下比古典梁更好。

“向目標和反射然后從目標返回并通過相同因素衰減探頭和參考光束之間的相關性，無論您是否在量子限制或在古典限制時開始，”Shapiro說。“如果您從大于經典案例大的Quantum ukias，那么相對優勢保持不變，即使兩個波束由于損失和噪音而變得經典。”

在實驗中，比較使用纏結光和古典光的光學系統的光學系統發現，糾纏光系統增加了信噪比 - 測量可以從反射探針重新覆蓋多少信息的量。與他們的理論預測相吻合。

但該理論還預測，實驗中使用的光學設備的質量的改進也可以增加或許甚至是四重信噪比。由于檢測誤差以信噪比指數呈指數下降，因此可以轉化為敏感性的百萬倍。

“這是一個突破，”英格蘭大學計算機科學副教授Stefano Pirandola說。“主要技術挑戰之一是對量子照明的實際接收器的實驗性實現。Shapiro和Wong通過實驗實施了一個量子接收器，這不是最佳的，但仍然能夠證明量子照明優勢。特別是，他們能夠克服與惰梁的光學存儲中的損失相關的主要問題。“

“這項研究可能導致Quantum LiDar的發展，能夠在非常嘈雜的背景中發現幾乎看不見的物體，”他補充道。“實際上，量子照明的工作機制也可以在短距離下被利用，以便用生物醫學中的潛在應用來開發量子傳感的非侵入性技術。”

出版物：接受的物理評論信

研究報告的PDF副本：在有損和嘈雜的環境中糾纏增強的感應

圖像：荷西-路易斯·奧利瓦雷斯/麻省理工學院