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物理学家进行量子纠缠实验,让人类更了解宇宙的奥秘

2017-08-03

艺术家的实验概念,其中两个原子在400米的距离上缠结。

量子纠缠仍然是现代物理学家研究最具挑战性的领域之一。爱因斯坦描述为“遥远的幽灵行动”,科学家长期以来一直试图调和量子力学的这个方面如何与经典力学共存。从本质上说,两个粒子远距离连接的事实违反了他所在的位置和现实性的规则。

这有就是正确的说法,这违反了贝尔的“不守法”,这个理论已经用了几十年,以表明尽管与量子力学不一致的地方和现实性是有效的。然而,在初次研究中,来自路德维希 - 马克西米利安大学(LMU)和慕尼黑量子光学研究所的研究人员团队进行了一系列测试,这些测试再次违反了贝尔的不平等,证明了纠缠的存在。

爱尔兰物理学家约翰·贝尔(John Bell)设计了一个测试,表明自然不会像爱因斯坦所提出的那样“隐藏变数”。

贝尔的不平等(以爱尔兰物理学家约翰·贝尔(John Bell,1964年提出)命名)基本上指出,物体的属性与观察(现实主义)无关,没有任何信息或物理影响可以比光速(局部性)更快地传播。这些规则完美地描述了我们人类每天经历的现实,事物植根于特定的空间和时间,独立于观察者而存在。

然而,在量子层面上,事情似乎不符合这些规则。颗粒不仅可以以非局部方式在很大的距离(即纠缠)上连接,而且直到测量这些颗粒的性质才能被定义。虽然所有的实验都证实了量子力学的预测是正确的,但一些科学家们一直在争辩说,这些试验结果可能存在漏洞。

为了解决这个问题,慕尼黑小组在LMU进行了两个实验室的实验。当第一个实验室位于物理系的地下室时,第二个实验室位于经济部门的地下室 - 大约400米处。在两个实验室中,团队在局部陷阱中捕获了一个铷原子,然后开始激发它们,直到它们释放单个光子。

正如文杰明·罗森菲尔德博士在马克斯·普朗克研究所发布的一篇文章中所说:

“我们的两个观察站是独立运行的,并配有自己的激光和控制系统。由于实验室之间距离为400米,从一个到另一个的通信将需要1328纳秒,这远远超过了测量过程的持续时间。因此,在另一个实验室中,不能在一个实验室中使用测量信息。这就是我们关闭这个地方的漏洞。“

实验在德国慕尼黑的路德维希·马克西米兰大学校园内相隔398米的两个地点进行。

一旦将两个铷原子激发到释放光子的点,则铷原子的自旋态和光子的偏振态被有效地缠结。然后将光子耦合到光纤中并被引导到设备,在那里它们被干扰。测量运行八天后,科学家们可以收集大约10,000个事件来检查迹象纠缠。

这两个被捕获的铷原子的自旋指示,它们将指向相同的方向(或者相反的方向,取决于纠缠的种类)。慕尼黑队发现的是,对于绝大多数事件,原子处于相同的状态(或处于相反的状态),只有六个偏差与贝尔的不平等一致。

这些结果也在统计学上比由荷兰物理学家团队在2015年获得的结果更为显着。为了研究,荷兰队在距离1.3公里的实验室进行了钻石实验。最后,他们的结果(以及贝尔不平等的其他最近的测试)证明量子纠缠是真实的,有效地关闭了当地的现实主义漏洞。

正如文雅明·罗森菲尔德解释的那样,他的团队进行的测试也超出了这些其他试验的另一个重大问题。 “我们能够非常快速,高效地确定原子的旋转状态,” “因此,我们关闭了第二个潜在漏洞:假设观察到的违规是由检测到的原子对的不完整样本引起的。

科学家通过获得违反贝尔不平等的证据,不仅有助于解决古典与量子物理学之间的持续不协调。他们也打开了一些令人兴奋的可能性的门。例如,多年来,科学家已经预期量子处理器的发展,量子处理器依靠纠缠来模拟零和二进制代码。

依靠量子力学的计算机将比传统的微处理器快一些,并将迎来新的研究与开发时代。针对网络安全提出了同样的原则,即采用量子加密来加密信息,使其对依赖常规计算机的黑客也是致命的。

最后,但肯定并非最不重要的是,量子纠缠通信的概念是一种允许我们将信息传输速度快于光速的方法。想象一下,如果我们不再受到相对论传播的限制,那么空间旅行和探索的可能性呢?

当他将量子纠缠定义为“幽灵行动”时,爱因斯坦没有错。事实上,这种现象的大部分影响仍然令人惊奇,因为它们对物理学家很有吸引力。但是我们越接近我们的理解,我们将越接近越来越了解宇宙的所有已知物理力量如何融合在一起。一切理论!

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来自:海东观月  > 科技
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