“量子优势”首获实验证明

xinwen.mobi · 发表于 2025-9-30 00:28:06

2025年9月，丹麦、美国、加拿大和韩国联合研究团队在《科学报告》发表的成果，被视为“量子优势”首次获得明确实验证明。该研究突破传统测量瓶颈，在复杂噪声系统表征任务中展现出量子技术对经典方法的碾压性优势，为量子科技实用化奠定关键基础。实验背景与核心挑战研究聚焦量子领域的经典难题——复杂噪声系统表征。在传统测量框架中，若要获取含噪声物理系统（如量子设备、精密光学仪器）的“噪声指纹”等关键特征，需反复测量并积累海量数据。但量子系统存在两大核心障碍：一是测量行为本身会扰动系统状态，导致数据失真；二是系统规模扩大时，所需测量次数呈指数级增长。例如，对中等复杂度的光学噪声系统，经典方法理论上需约2000万年才能完成完整表征，这在实际研究中几乎无法实现。实验设计与技术创新团队以量子纠缠为核心资源，设计了基于光学系统的突破性方案：1. 纠缠光制备：利用光学腔体内的非线性晶体（光学参量振荡器），生成两束相互纠缠的压缩光。量子纠缠的独特性在于，两束光无论相隔多远，对其中一束的测量结果可即时反推另一束的状态。2. 双光束探测策略：将一束纠缠光作为“探测光”注入目标噪声系统，另一束作为“参考光”留存。通过对两束光的联合测量，一次性提取系统多维信息，大幅减少传统单次测量的模糊性。3. 现实环境适配：实验未依赖理想化的无损环境，而是在存在损耗的真实光学系统中完成，更具实用参考价值。实验结果与突破性意义1. 效率颠覆：原本需2000万年的系统表征任务，通过量子纠缠技术仅用15分钟完成，效率提升超6000万倍。这种飞跃并非源于设备精度提升，而是量子测量原理本身的优势。2. 领域拓展价值：该成果为多领域开辟新路径。在量子传感领域，可开发超高灵敏度探测器，用于医疗成像、引力波探测等；在机器学习领域，其高效信息萃取机制能解决海量噪声数据建模难题，降低训练能耗与时间成本。3. 理论落地里程碑：此前量子优势多停留在理论推演或争议性实验（如2019年谷歌“悬铃木”量子计算机的成果曾被IBM质疑），而本次实验以清晰的物理机制、可复现的光学方案，首次在现实场景中验证了量子技术的不可替代性。历史脉络与争议辨析“量子优势”的验证并非一蹴而就，此前的探索均存在局限：谷歌2019年实验：53比特“悬铃木”量子计算机声称200秒完成超级计算机Summit需1万年的任务，但遭多方质疑——IBM提出经典算法优化后仅需2.5天，且实验任务无实际应用价值。中国团队成果：2025年3月，潘建伟团队构建105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”，在“量子随机线路采样”任务中刷新超导体系纪录，但该任务同样侧重计算速度验证，未直接解决现实噪声系统问题。相比之下，2025年9月的国际合作研究，首次将量子优势与实际科学问题（噪声系统表征）结合，且实验条件更贴近真实应用场景，争议性显著降低。未来展望与挑战目前量子优势仍处于“能力验证”向“实用化”过渡的阶段。下一步研究需突破两大方向：一是扩展纠缠光的探测规模，适配更复杂的多维度系统；二是降低实验设备成本，推动量子传感技术的产业化落地。正如研究团队所言，该成果标志着量子技术从“理论奇观”走向“问题解决者”，为后续量子科技的应用爆发埋下关键伏笔。

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