藝術家的實驗概念,其中兩個原子在400米的距離上纏結。
量子糾纏仍然是現代物理學家研究最具挑戰性的領域之一。被愛因斯坦描述為“遙遠的幽靈行動”,科學家長期以來一直試圖調和量子力學的這個方面如何與經典力學共存。從本質上說,兩個粒子遠距離連接的事實違反了他所在的位置和現實性的規則。
這有就是正確的說法,這違反了貝爾的“不守法”,這個理論已經用了幾十年,以表明盡管與量子力學不一致的地方和現實性是有效的。然而,在初次研究中,來自路德維希 - 馬克西米利安大學(LMU)和慕尼黑量子光學研究所的研究人員團隊進行了一系列測試,這些測試再次違反了貝爾的不平等,證明了糾纏的存在。
愛爾蘭物理學家約翰·貝爾(John Bell)設計了一個測試,表明自然不會像愛因斯坦所提出的那樣“隱藏變數”。
貝爾的不平等(以愛爾蘭物理學家約翰·貝爾(John Bell,1964年提出)命名)基本上指出,物體的屬性與觀察(現實主義)無關,沒有任何信息或物理影響可以比光速(局部性)更快地傳播。這些規則完美地描述了我們人類每天經歷的現實,事物植根于特定的空間和時間,獨立于觀察者而存在。
然而,在量子層面上,事情似乎不符合這些規則。顆粒不僅可以以非局部方式在很大的距離(即糾纏)上連接,而且直到測量這些顆粒的性質才能被定義。雖然所有的實驗都證實了量子力學的預測是正確的,但一些科學家們一直在爭辯說,這些試驗結果可能存在漏洞。
為了解決這個問題,慕尼黑小組在LMU進行了兩個實驗室的實驗。當第一個實驗室位于物理系的地下室時,第二個實驗室位于經濟部門的地下室 - 大約400米處。在兩個實驗室中,團隊在局部陷阱中捕獲了一個銣原子,然后開始激發它們,直到它們釋放單個光子。
正如文杰明·羅森菲爾德博士在馬克斯·普朗克研究所發布的一篇文章中所說:
“我們的兩個觀察站是獨立運行的,并配有自己的激光和控制系統。由于實驗室之間距離為400米,從一個到另一個的通信將需要1328納秒,這遠遠超過了測量過程的持續時間。因此,在另一個實驗室中,不能在一個實驗室中使用測量信息。這就是我們關閉這個地方的漏洞。“
實驗在德國慕尼黑的路德維希·馬克西米蘭大學校園內相隔398米的兩個地點進行。
一旦將兩個銣原子激發到釋放光子的點,則銣原子的自旋態和光子的偏振態被有效地纏結。然后將光子耦合到光纖中并被引導到設備,在那里它們被干擾。測量運行八天后,科學家們可以收集大約10,000個事件來檢查跡象糾纏。
這兩個被捕獲的銣原子的自旋指示,它們將指向相同的方向(或者相反的方向,取決于糾纏的種類)。慕尼黑隊發現的是,對于絕大多數事件,原子處于相同的狀態(或處于相反的狀態),只有六個偏差與貝爾的不平等一致。
這些結果也在統計學上比由荷蘭物理學家團隊在2015年獲得的結果更為顯著。為了研究,荷蘭隊在距離1.3公里的實驗室進行了鉆石實驗。最后,他們的結果(以及貝爾不平等的其他最近的測試)證明量子糾纏是真實的,有效地關閉了當地的現實主義漏洞。
正如文雅明·羅森菲爾德解釋的那樣,他的團隊進行的測試也超出了這些其他試驗的另一個重大問題。 “我們能夠非常快速,高效地確定原子的旋轉狀態,” “因此,我們關閉了第二個潛在漏洞:假設觀察到的違規是由檢測到的原子對的不完整樣本引起的。
科學家通過獲得違反貝爾不平等的證據,不僅有助于解決古典與量子物理學之間的持續不協調。他們也打開了一些令人興奮的可能性的門。例如,多年來,科學家已經預期量子處理器的發展,量子處理器依靠糾纏來模擬零和二進制代碼。
依靠量子力學的計算機將比傳統的微處理器快一些,并將迎來新的研究與開發時代。針對網絡安全提出了同樣的原則,即采用量子加密來加密信息,使其對依賴常規計算機的黑客也是致命的。
最后,但肯定并非最不重要的是,量子糾纏通信的概念是一種允許我們將信息傳輸速度快于光速的方法。想象一下,如果我們不再受到相對論傳播的限制,那么空間旅行和探索的可能性呢?
當他將量子糾纏定義為“幽靈行動”時,愛因斯坦沒有錯。事實上,這種現象的大部分影響仍然令人驚奇,因為它們對物理學家很有吸引力。但是我們越接近我們的理解,我們將越接近越來越了解宇宙的所有已知物理力量如何融合在一起。一切理論!