摘要：2025年5月14日《物理评论快报》量子技术领域消息。芝加哥大学、伊利诺伊大学香槟分校与微软的联合研究团队通过数学证明，终结了科学家们长期以来的幻想——他们发现，根本不存在适用于所有量子系统的通用纠缠净化协议。这个结论直指量子计算最脆弱的命门：纠缠态在现实环境

2025年5月14日《物理评论快报》量子技术领域消息。芝加哥大学、伊利诺伊大学香槟分校与微软的联合研究团队通过数学证明，终结了科学家们长期以来的幻想——他们发现，根本不存在适用于所有量子系统的通用纠缠净化协议。这个结论直指量子计算最脆弱的命门：纠缠态在现实环境中的脆弱性。

图释：研究人员发现，没有通用的纠缠纯化方案可以保证提高所有可能的量子系统中纠缠态的保真度。图片来源：钟实验室

​量子纠缠这对“幽灵般的超距作用”，是量子通信、量子计算机的根基。但环境噪声就像渗入精密仪器的沙粒，会迅速破坏纠缠态的纯净度。过去三十年，科学家们试图寻找一种标准化操作流程，通过组合多个受污染的纠缠态，像净水器过滤杂质那样提取出更干净的量子关联。但这次的理论证明彻底关闭了这扇希望之门。

研究团队用数学语言构建了两种极端场景：在第一个模型中，初始纠缠态存在微小偏差；在第二个模型中，纠缠态被随机噪声完全污染。他们发现，任何试图同时解决这两种情况的协议，要么在前者中失效，要么在后者中反而加剧污染。这种不可调和的矛盾，本质上来源于量子系统对初始条件的极端敏感性。

微软团队负责人Martin Suchara的比喻很形象：“这就像要求同一把钥匙能打开世界上所有的锁，而量子系统的锁孔形状各不相同。”现实中，超导量子比特与离子阱系统产生的噪声模式差异，可能比沙漠与海洋的气候差异更大。

但这项研究并非宣告纠错技术的终结。相反，它指明了新方向：2016年谷歌提出的表面码纠错属于“已知噪声模型下的定制方案”，而2023年清华大学实现的离子阱动态净化则属于“实时监测调整策略”，这些都可能成为突破口。正如论文第一作者Allen Zang所说：“放弃寻找银弹后，我们反而获得了真正的自由——针对特定系统设计最优解。”

值得注意的是，这项理论突破源于对基础物理的回归。研究团队没有停留在工程改良层面，而是深入量子信息论的数学本质，最终在量子操作的线性特征与混合态的数学表达之间，发现了不可逾越的鸿沟。这种基础研究往往带来颠覆性认知——就像当年香农证明通信速率存在理论上限，反而推动了编码技术的飞跃。

量子纠错领域正在经历模式转移。当通用方案的幻象破灭后，科学家们开始重新审视每个量子比特的独特“指纹”。或许未来的量子计算机维护手册上，会像中医把脉般记录每个量子位的噪声频谱，再对症下药。这场纠错革命的核心，正在从“对抗自然”转向“理解自然”。

参考文献：

Allen Zang et al, No-Go Theorems for Universal Entanglement Purification, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.190803 . On arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2407.21760

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来源：科学剃刀