首次观测量子纠缠,或将颠覆传统量子力学
“量子纠缠”,是一种只发生在量子系统中的神奇现象。两个纠缠后的量子,即使相隔数光年的遥远距离,彼此也可以在瞬间相互影响,这种相互影响的速度超越了光速,打破了时间和空间的限制。 量子力学掌控着从基本粒子到宏观物体的运动规律,但对于宏观物体的运动而言,这种掌控往往不太明显。在众多因素的干扰下,量子效应对经典物理造成的偏差变得几乎不可见。因此,确认、测量宏观物体的量子效应,对于探究量子世界极为重要。 近日,科学家们实现了两项量子研究的突破,其中一项研究找到了宏观物体量子纠缠的直接证据;另一项则在一个类似的系统中,规避了量子力学的不确定性原理。 在其中的一项研究中,科学家用微波脉冲让两张小的铝片膜进入量子纠缠状态。两张铝片膜与一个电路相连,并被放置在低温腔中。当科学家施加脉冲微波时,电路会与铝片膜相互作用,从而控制铝片膜的振动模式。在此条件下,铝片膜可以维持大约1毫秒的量子状态。 微波被处于量子状态的铝片膜反射后,会被信号器接收。通过对比反射前后的微波性质,研究人员可以分析出铝片膜的位置和动量信息。 研究团队仔细分析了反射的微波。在宏观世界中,反射回来的微波应该是随机的。但是当他们将结果绘制成图时,却发现微波具有特定的模式,即两张铝片膜中,一个相对平静,而另一个则轻微抖动,这表明两张铝片膜发生了量子纠缠。 在另一项研究中,科学家们在8毫开尔文的温度下,让两个铝鼓膜进入长时间、相对稳定的纠缠态。在这种纠缠态下,研究人员可以对同一个纠缠态进行多次测量,从而规避量子力学中的不确定性原理。 实验中,鼓膜振动的相位总是相反的。在这种情况下,如果将两个鼓视为一个量子力学实体,那么鼓运动状态的不确定性就被消除了。 在这项研究中,科学家利用了反作用规避原理,本质上,他们没有测量每个鼓的位置和动量,而是通过鼓膜运动对电路电压造成的影响,测量了铝鼓膜的动量之和。 这两项实验都证明了宏观物体也可以实现量子纠缠。在量子纠缠的状态下,物体的行为与经典物理的描述存在一定的区别。不论纠缠物体之间的空间距离有多远,它们都不能被独立描述。而这种和经典物理显著的区别,正是新型量子技术背后的关键理论支撑之一。 |