2026年7月17日——量子系统不可避免地会向周围环境泄漏能量和信息，这向来是量子技术的“天敌”。如今，研究人员证明，这一现象可以被利用来生成纠缠——量子技术用于执行标准经典技术无法完成任务的“资源”。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校与芝加哥大学的物理学家合作，实现了一个理论预测：通过耗散，外部驱动的量子系统能够形成纠缠。虽然原始预测基于高度理想化的设定，但研究人员开发了一种名为“合成压缩”的新技术，在实验室中用一对超导量子比特实现了这一现象。

此外，生成的纠缠处于稳态，这意味着原则上它可以在任意大的距离上无限期维持。研究人员认为，这项技术有望成为当前纠缠生成方法更稳健、更可靠的替代方案。

“过去，生成纠缠意味着对系统的不同部分执行一系列操作，然后将它们彼此分离运输，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系教授、伊利诺伊团队负责人沃尔夫冈·普法夫表示。“可以想象，正是在运输阶段出现问题，环境噪声破坏了精心准备的特性。我们已经证明，完全可以绕过整个运输阶段。”

“这个想法长期以来一直吸引着理论界的关注，因为它与我们关于量子纠缠的经验相悖，”芝加哥大学普利兹克分子工程学院分子工程教授、芝加哥团队负责人阿什什·克拉克表示。“与其在一个瞬间准备好纠缠并看着它衰减，不如让它成为这个系统自然松弛的落脚点。这几乎就像有一个‘冰箱’，它‘泵出’外部影响以维持纠缠，而不是泵出热量以维持低温。”

这项研究近期发表在《物理评论X》期刊上，并作为《物理》杂志的专题视角文章推出。

量子纠缠是一种现象，即系统的不同部分显示出无法用非量子手段解释的关联性。量子信息技术利用这些关联性执行否则不可能或不实际的任务。大多数专家认为，要将这项技术发展至能发挥其真正潜力的领域，需要将物理上分离的单元结合起来。因此，需要找到一种使单元共享纠缠的好方法。

当前的纠缠分发方法在一个位置准备不同的对象，然后将它们传输到不同位置。在传输过程中，对象会受到外部影响和不需要的噪声，导致纠缠退化，这一过程称为退相干。管理这些影响一直是实现实用量子技术最显著的障碍之一。

“有趣的问题是，我们是否必须经历这个易受退相干影响的运输步骤，”普法夫说。“我们能否在不运输处于脆弱状态的粒子的情况下，实现远程纠缠？”

理论家们已经确定了一种方法，通过一种称为级联的构造来实现分离对象之间的远程纠缠。一组量子对象，如原子（或超导量子比特），会持续吸收和发射光。其中一些光会耗散到周围环境中。如果以平衡耗散光的方式引入外部光，就会出现一个稳态。精心设计这个稳态，可以使原子或量子比特显示出纠缠。

“即使整个系统与外部环境接触并处于非平衡状态，它也会自然地演变为一个静止点，在该点，系统的选定部分处于纠缠状态，”克拉克说。“更重要的是，量子粒子从来不需要移动。它们只需要通信的能力。”

虽然级联量子系统已经实现，但由于噪声和硬件缺陷，其纠缠质量通常低于其他方法。研究人员引入了合成压缩作为一个框架，来考虑这些“现实世界”的影响，并对系统进行调谐，使这些影响变得无关紧要。

“我以前研究过级联量子系统，但正是通过与克拉克教授及其研究团队合作，我们才能实现高质量稳态纠缠的预测，”普法夫说。“他们的合成压缩理论提议表明，通过调整合适的实验参数，原始模型的理想化设定可以被复制。它将问题简化为在实验室中进行精细调节。”

在演示了双量子比特系统的合成压缩后，伊利诺伊和芝加哥的研究团队正在努力将该过程扩展到多量子比特系统。研究人员认为，这项技术有望在无需通过有噪声、有损耗的通道直接传输量子信息的情况下，实现量子计算机的网络化。

“未来的工作是找出如何在这类系统上实施不同的协议，并确定这样做能获得何种优势（如果有的话），”普法夫说。

“对我们来说，一个特别令人兴奋的方向是纠缠提纯，”克拉克补充道。“目前，我们能达到的纠缠程度相当不错，但仍低于理论极限。有一些协议，可以将低纠缠的量子比特集合起来，使得其中少数量子比特具有非常高的纠缠度。这样的协议将让我们能够开始使用这个系统进行实际的量子计算操作。”