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单光子揭示 1600 万原子的量子纠缠,这新发现有着里程碑式的意义

2019-06-17来源:炊烟美食

量子纠缠(quantum entanglement),或称量子缠结,是一种量子力学现象,其定义上描述复合系统(具有两个以上的成员系统)之一类特殊的量子态,此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积(tensor product)。

量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术,与超光速传递信息无关。尽管知道这些粒子之间“交流”的速度很快,但我们却无法利用这种联系以如此快的速度控制和传递信息。因此爱因斯坦提出的规则,也即任何信息传递的速度都无法超过光速,仍然成立。实际上的纠缠作用并不很远,而且一旦干涉其中的一方,纠缠态就会自动消除。

量子纠缠,是根据量子力学理论预测的一种物理现象,描述的是一对或一组粒子在量子态上的相互作用。有趣的是,即便发生依赖的粒子相隔甚远,这种状态也可存续下去,从而催生了开发未来通信和计算技术的一个新领域。此前,科学界尚未披露多少有关于量子纠缠存在的实验。但是上周,瑞士日内瓦大学的科学家们却宣布了他们的最新发现,表明有 1600 万个原子被纠缠在了一厘米的水晶中。

单光子揭示 1600 万原子的量子纠缠,这新发现有着里程碑式的意义

科学家们设法用间接的方式获得了这一结果,UNIGE 研究员 Florian Fröwis 表示:「要直接观察几百万原子之间的纠缠过程是不可能的,因为你需要收集和分析的数据量太过巨大」。不过由理论可知,当光子穿过晶体的时候,会使原子在被重新发射前陷入纠缠。通过分析其统计特征和重新发射光子的概率,之后就可以确定 1600 万个纠缠原子的数量。

世界各地有诸多机构、企业、科学家团队投入并引领了这方面的研究,而 UNIGE 的新发现有着里程碑式的意义。对于即将到来的量子革命,他们都将受益于量子纠缠的特性。

单光子揭示 1600 万原子的量子纠缠,这新发现有着里程碑式的意义

量子纠缠所代表的在量子世界中的普遍量子关联则成为组成世界的基本的关联关系。或许用纠缠的观点来解释"夸克禁闭"之谜。当一个质子处于基态附近的状态时,它的各种性质可以相当满意地用三个价夸克的结构来说明。但是实验上至今不能分离出电荷为2e/3的u夸克或(-e/3)的d夸克,这是由于夸克之间存在着极强的量子关联,后者是如此之强,以至于夸克不能再作为普通意义下的结构性粒子。通常所说的结构粒子a和b组成一个复合粒子c时的结合能远小于a和b的静能之和,a或b的自由态与束缚态的差别是不大的。而核子内的夸克在"取出"的过程中大变而特变,人们看到的只能是整数电荷的介子等强子。同一个质子,在不同的过程中有不同的表现,在理解它时需要考虑不同的组分和不同的动力学。一个质子在本质上是一个无限的客体。实质上整个宇宙是一个整体的能量惯性体系包括实在的粒子和空间,由于能量惯性的存在,整个能量体系时刻按一定的能量运动规律运动,宇宙中的每一个粒子作为宇宙能量的一分子它本身的能量惯性状态始终与宇宙环境保持一致即能量的稳定性,它们的电磁能量波始终存在着相互作用。当俩物质粒子同时处于某一状态即尽量使之处于基态或能量控制编码态,它们在相互作用时产生了电磁能量惯性互动及量子纠缠现象。因此,物质具有能量然而人们只能从物质的相互作用中获得并得到利用。

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