AI助攻！量子糾纏技術大突破，量子網路時代即將來臨

科學家們最近在AI的協助下，發現了一種更簡單的方法來實現量子糾纏，這項突破性進展有望加速量子通訊技術的發展，讓量子網路成為現實。量子糾纏是量子物理學中的一個重要現象，當光子等粒子發生糾纏時，它們可以共享量子特性，包括資訊，無論它們之間的距離有多遠。這種特性正是量子電腦如此強大的原因之一。

然而，量子糾纏的建立對科學家來說一直是一大挑戰。傳統上，這需要準備兩個獨立的糾纏對，然後對每對中的一個光子進行貝爾態測量（Bell-state measurement），以確定糾纏的強度。這些測量會導致量子系統坍縮，使兩個未被測量的光子產生糾纏，儘管它們從未直接相互作用。這種「糾纏交換」過程可用於量子傳輸。

在2024年12月2日發表於《物理評論快報》的新研究中，科學家們使用了專門為設計量子光學實驗而開發的AI工具PyTheus。研究團隊原本打算重現量子通訊中既有的糾纏交換協議，但AI工具卻不斷提出一種更簡單的方法來實現光子糾纏。CERN量子技術計畫的研究物理學家Sofia Vallecorsa表示：「作者們能夠在描述如何在多種條件下進行這類實驗的複雜資料集上訓練神經網路，而網路實際上學會了背後的物理原理。」

AI工具提出，糾纏的產生是因為光子的路徑變得無法區分：當光子可能來自多個來源，並且它們的來源變得無法區分時，糾纏就可以在它們之間產生，即使之前並不存在糾纏。儘管科學家最初對結果持懷疑態度，但由於工具不斷返回相同的解決方案，他們決定測試這一理論。透過調整光子來源並確保它們無法區分，物理學家創造了在特定路徑上檢測光子時，保證另外兩個光子產生糾纏的條件。

這項量子物理學的突破簡化了量子糾纏的形成過程，未來可能對用於安全通訊的量子網路產生重大影響，使這些技術更加可行。Vallecorsa指出：「我們越能依賴簡單的技術，就越能擴大應用範圍。建立更複雜的網路，並以不同的幾何形狀分支，可能會對單一的端到端案例產生重大影響。」然而，這項技術是否能夠擴充套件為商業上可行的過程仍有待觀察，因為環境噪音和裝置缺陷可能會導致量子系統不穩定。

這項新研究也為物理學家使用AI作為研究工具提供了有力的論據。Vallecorsa表示：「我們正在更多地引入AI，但仍有少許懷疑，主要是因為一旦我們開始這樣做，物理學家的角色將會是什麼。這是一個獲得非常有趣結果的機會，並以非常引人注目的方式展示了這如何成為物理學家使用的工具。」