2026年7月15日——量子系统不可避免地会向周围环境泄漏能量和信息，这是量子技术的天敌。如今，研究人员证明，可以利用这种泄漏来产生纠缠——量子技术正是凭借这种“资源”，才能执行标准经典技术无法完成的任务。

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，实现了一项理论预测：在外驱动下，量子系统可通过耗散实现纠缠。尽管最初的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，在一对超导量子比特的实验环境中实现了这一现象。

此外，产生的纠缠处于稳态，这意味着原则上它可以无限期地在任意远距离上维持。研究人员认为，与当前的纠缠生成方法相比，这项技术有望成为一种更稳健、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，”领导伊利诺伊大学方面合作的物理学教授 Wolfgang Pfaff 说。“可以想象，在传输阶段，问题就会出现，环境噪声会破坏精心准备的性质。我们已经证明，完全有可能绕过传输阶段。”

“这个想法长期以来一直吸引着理论界的关注，因为它与我们对量子纠缠的经验相悖，”领导芝加哥大学方面合作的分子工程教授 Aashish Clerk 说。“它不是在一瞬间制备然后看着它衰减，而是作为这个系统自然松弛的终点出现。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。”

这项研究最近发表在期刊《物理评论X》上，并被《物理》杂志作为观点文章重点推荐。

量子纠缠是一种现象，其中系统的不同部分显示出无法用非量子方式解释的关联性。量子信息技术利用这些关联性来执行原本不可能或不切实际的任务。大多数专家认为，要将这项技术发展到能够实现其真正潜力的领域，需要将物理上分离的单元结合起来。因此，单元之间需要有一种良好的共享纠缠的方式。

当前分布纠缠的方法是在一个位置制备不同的物体，然后将它们传输到不同位置。在传输过程中，物体会受到外部影响和不需要的噪声，导致纠缠减弱，这一过程称为退相干。管理这些影响一直是实现具有实际用途的量子技术所面临的最重大障碍之一。

“有趣的问题是，我们是否必须经历这个容易受到退相干影响的传输步骤？”Pfaff 说。“我们是否可以在不传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利用称为级联的构造来实现分离物体之间远程纠缠的方法。一组量子物体，如原子（或超导量子比特），被持续地吸收和发射光。其中一些光耗散到周围环境中。如果以某种平衡耗散光的方式引入外部光，则会涌现出一个稳态。精心设计这个稳态可以使原子或量子比特表现出纠缠。

“尽管整个系统与外部环境接触且处于非平衡状态，但它会自然地演化到一个静止点，其中系统的选定部分保持纠缠，”Clerk 说。“更重要的是，量子粒子永远不需要移动。它们只需要具备通信能力。”

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，以考虑这些“现实世界”效应，并对系统进行调谐，使它们不再重要。

“我之前研究过级联量子系统，但正是通过与 Clerk 教授及其研究小组的合作，我们才能实现高质量稳态纠缠的这一预测，”Pfaff 说。“他们关于合成压缩的理论提议表明，通过调整正确的实验设置，可以复制原始模型的理想化设定。它将问题简化为在实验室中进行精细调谐。”

在展示了双量子比特系统上的合成压缩之后，伊利诺伊大学和芝加哥大学的研究小组现在正在努力将该过程扩展到多量子比特系统。研究人员认为，这项技术有望实现量子计算机的网络化，而无需通过有噪声、有损耗的通道直接传输量子信息。

“未来的工作是弄清楚如何在这种系统上实现不同的协议，并确定这样做能获得何种优势（如果有的话），”Pfaff 说。

“对我们来说，一个特别令人兴奋的路径是纠缠蒸馏，”Clerk 补充说。“目前，我们能够实现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组合起来，使其中少数量子比特具有非常高的纠缠程度。这样的协议将使我们能够开始利用这个系统进行实际的量子计算操作。”