宏觀物體量子糾纏證據(jù)確鑿-
發(fā)布時(shí)間:2021-05-11
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宏觀物體量子糾纏證據(jù)確鑿-
有助量子網(wǎng)絡(luò)、暗物質(zhì)及引力波研究
圖片來源:視覺中國(guó)

  科技日?qǐng)?bào)北京5月10日電?(記者張夢(mèng)然)美國(guó)《科學(xué)》雜志近日發(fā)表兩項(xiàng)量子力學(xué)重磅突破:其中一項(xiàng)研究,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宏觀物體量子糾纏的直接證據(jù);另一項(xiàng)研究則實(shí)現(xiàn)了對(duì)不確定性原理的“規(guī)避”,而這正是量子力學(xué)的基本定律之一。這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都以確鑿的證據(jù)證明了宏觀物體也可以實(shí)現(xiàn)量子糾纏,不但有望在未來量子網(wǎng)絡(luò)中提供長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),還能極大地推動(dòng)暗物質(zhì)與引力波探測(cè)相關(guān)技術(shù)研發(fā)。

  如果說量子力學(xué)有什么“令人討厭”之處,那就是人們會(huì)認(rèn)為這一領(lǐng)域很大程度上如同“想象”的學(xué)科——在現(xiàn)實(shí)中幾乎不可能看到。實(shí)際上,量子力學(xué)不僅僅是微觀的理論,我們所知的所有物質(zhì),從根本上來說都是量子。但不得不承認(rèn),奇怪的量子效應(yīng)在大于幾個(gè)原子的任何事物中都很難觀察到。因此,找尋宏觀物體的量子效應(yīng)的證據(jù),也成為物理學(xué)家們的一大目標(biāo)。

  此次,在《科學(xué)》刊登的其中一項(xiàng)研究中,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)使用微波脈沖讓兩張小的鋁片膜進(jìn)入量子糾纏狀態(tài)。該鋁片膜的尺寸為每張長(zhǎng)20微米,寬14微米,厚度100納米,質(zhì)量為70皮克,相當(dāng)于大約1萬(wàn)億個(gè)原子的質(zhì)量——盡管非常微小,但以量子的標(biāo)準(zhǔn)而言,它們已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)大的尺度。

  在施加脈沖微波后,鋁片膜維持了大約1毫秒的量子狀態(tài),團(tuán)隊(duì)成員仔細(xì)分析了反射的微波。通常來講,反射回的微波應(yīng)是隨機(jī)的,但是當(dāng)他們將結(jié)果繪制成圖、對(duì)比兩者信息時(shí),卻發(fā)現(xiàn)兩張鋁片膜看似無(wú)規(guī)律的振動(dòng)之間,其實(shí)存在著高度的關(guān)聯(lián)性。這一點(diǎn)只有量子糾纏才做得到,也就是兩張鋁片膜發(fā)生了量子糾纏。此后,團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了1萬(wàn)次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

  在另一項(xiàng)研究中,芬蘭阿爾托大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在8毫開爾文的溫度下,讓兩個(gè)鋁鼓膜進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間、相對(duì)穩(wěn)定的糾纏態(tài)。研究人員可以對(duì)同一個(gè)糾纏態(tài)進(jìn)行多次測(cè)量,實(shí)現(xiàn)了“規(guī)避”量子力學(xué)中的不確定性原理。

  研究人員表示,如果將兩個(gè)鼓視為一個(gè)量子力學(xué)實(shí)體,那么其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不確定性就被消除了。但實(shí)驗(yàn)中沒有任何地方違反不確定性原理,他們是選擇了一組特定的、不會(huì)被該原理“禁止”的參數(shù)。

總編輯圈點(diǎn)

  理解量子世界,需要“腦洞大開”“輕裝上陣”,最好把在宏觀世界的既往經(jīng)驗(yàn)都丟掉,才能窺得這個(gè)微觀世界的神奇。一般認(rèn)為,在宏觀世界,因?yàn)椤霸胍籼蟆?,量子效?yīng)的魔法就會(huì)失靈。這一次,科研人員通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),證明宏觀物體也能發(fā)生量子糾纏——也就是“心靈感應(yīng)”般的相互作用。盡管只有1毫秒,但放在量子尺度上,也是具有說服力的時(shí)長(zhǎng)了??蒲腥藛T說,他們并沒有發(fā)現(xiàn)什么新的量子力學(xué),但實(shí)驗(yàn)結(jié)果本身,已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)耐黄菩院皖嵏残浴?br>

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聽說,打賞我的人最后都找到了真愛。