科學家破解量子糾纏的隱藏密碼！

物理學家近期在量子糾纏研究領域取得重大突破，他們完整描繪出量子糾纏可能產生的統計結果，這項發現等同於解開了量子世界的「神秘語言」。這項突破性進展揭示瞭如何利用量子系統中奇異但強大的關聯性，來測試、保護並驗證量子裝置的行為，而且完全不需要了解其內部運作機制。現在，即使是部分糾纏的系統也能進行自我檢測，這為更穩健的量子通訊、加密和運算方法開啟了大門。

巴黎薩克雷理論物理研究所（IPhT）的理論物理學家首次完整確定了量子糾纏系統可能產生的統計結果範圍。這項突破性研究為量子裝置的全面可靠測試方法奠定了基礎，相關成果已發表在頂尖期刊《自然物理》（Nature Physics）上。

繼電晶體、雷射和原子鐘等劃時代發明後，量子糾纏正推動著被稱為「第二次量子革命」的創新浪潮。這場革命正將量子通訊和量子運算等技術帶入現實世界。

那麼什麼是量子糾纏呢？想像兩個光子處於共享的量子態中，即使相隔遙遠距離，它們仍保持著與共同起源的聯絡。當你測量其中一個光子的偏振特性時，結果會與另一個光子的測量結果相關，無論它們相距多遠。

這種關聯性取決於兩個關鍵因素：首先是量子物體之間的糾纏程度，這取決於糾纏源的特性；其次是測量方式的選擇，例如測量偏振方向的不同選擇會影響結果。要產生有意義的量子關聯，每個物體至少需要兩種不同的測量方式，每種測量至少要有兩種可能的結果。

量子關聯最顯著的特徵是能夠透過貝爾測試（Bell test）。當這種情況發生時，量子實驗的結果具有「非局域性」，無法用傳統的區域性隱變數模型來解釋。2022年諾貝爾物理學獎得主阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞瑟和安東·蔡林格正是因為這項突破性發現而獲獎。

更令人驚奇的是，物理屬性往往可以直接從測量量子糾纏態獲得的統計資料中估算出來。這種被稱為「自我測試」（self-testing）的驚人特性，在裝置無關的量子資訊協議中扮演著關鍵角色。由於這些協議不依賴於對裝置運作的任何假設，因此提供了無與倫比的可靠性。

IPhT的理論物理學家維克多·巴里齊恩和讓-丹尼爾·班卡爾現在證明，即使是部分糾纏的物體，也能完整描述其測量統計結果。研究團隊發現了一種數學轉換方法，可以將對最大糾纏態的理解應用於部分糾纏態的統計描述。

這項發現具有深遠影響：一方面它確定了量子理論本身的極限，劃定了在量子物理規則下可能觀察到的實驗結果範圍；另一方面，它提供了異常有效的測試程式，適用於所有型別的糾纏物體和測量方式。

特別值得一提的是，基於即時觀測結果的測試方法，可以增強使用量子糾纏裝置的安全性，而不需依賴可能隨時間變化的裝置物理特性。這項研究為量子測試、通訊、密碼學和運算開闢了新的可能性。