“退相干”
退相干的定义
退相干是指量子系统的量子特性，如叠加和纠缠，被破坏或丢失的过程。这导致系统以更经典、可预测的方式行为。
退相干是一种自然现象，当量子系统与其周围环境相互作用时发生。它是量子计算和量子信息处理领域的主要挑战，因为它限制了长时间维持和操控微妙量子态的能力。
退相干的发生过程
当量子系统与环境相互作用时，它经历了一个称为退相干的过程。这种相互作用可能由多种因素引起，如空气分子、热辐射和电磁场。这些外部影响扰乱了系统的微妙量子态，导致其量子特性丧失。
退相干过程可以通过波函数坍缩的概念来理解。根据量子力学原理，一个量子系统在被观察或测量之前处于多个状态的叠加。然而，当系统与其环境相互作用时，它与周围的粒子纠缠，导致叠加态坍缩为单一状态。这个坍缩破坏了系统的量子特性，导致经典、可预测的行为。
退相干的类型
量子系统中可能发生几种类型的退相干，包括：
相位退相干：当量子系统由于与环境的相互作用而失去其相位信息时发生。相位退相干在量子计算中特别重要，因为量子算法依赖量子态的干涉来实现计算速度加快。
耗散退相干：这种退相干类型来源于量子系统向环境持续的能量损失。能量耗散过程，如光子或声子的发射，会导致系统的量子特性随着时间的推移而退化。
测量引起的退相干：当量子系统被测量时，它与测量设备及周围环境相互作用，导致退相干。这种退相干与测量时波函数的坍缩相关。
退相干的应用和影响
退相干在量子计算和量子信息处理领域提出了重大挑战。它限制了维持和操控量子态的能力，这对进行复杂量子计算和在经典系统上的量子优势至关重要。
退相干的影响超越了量子计算的范畴。例如在量子密码学中，退相干可能会损害量子密钥分发系统的安全性。这些系统依赖于量子态的传输来安全地交换加密密钥。然而，如果在传输过程中发生退相干，窃听者可能会获取密钥，危及通信的安全性。
退相干的预防和缓解
预防或缓解退相干的效果对于量子技术的发展至关重要。以下是一些正在探索的策略：
隔离技术：屏蔽量子系统免受外部影响是减少退相干的有效方法。这可以通过创造一个超低温和高真空的环境来实现，以尽量减少与空气分子和其他粒子的相互作用。此外，将系统与电磁场和振动隔离可以帮助减少退相干。
错误纠正方法：错误纠正技术可以帮助缓解退相干对量子系统的影响。这些方法包括将信息冗余编码到量子态中，允许检测和纠正由退相干引起的错误。通过将量子信息分布在多个物理量子比特上，并执行错误纠正操作，可以最大限度地减少退相干的影响。
相关术语
- Quantum Supremacy：量子计算机解决经典计算机无法解决的问题的能力。
- Quantum Cryptography：基于量子力学原理的安全通信，利用量子密钥分发来交换加密密钥。