@ 2017.05.17 , 09:00
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牢不可破的量子纠缠

奥利地科学院和维也纳大学的研究者利用新实验证实,爱因斯坦的“鬼魅似的远距作用”即使在大加速度情况下也成立。该研究已发表在近期的自然通讯杂志上,这一实验有助于加深对于量子力学的理解,同时给出了空间量子实验的珍贵结果。

爱因斯坦的相对论和量子力学理论是现代物理学的两大重要支柱。要实现“万物至理”,必须要统一上述两个理论。由于两种理论的现象几乎无法同时观测到,万物至理至今尚未能实现。一个典型的量子力学现象例子是纠缠:意味着一对光粒子,即光子中其中某一个的测量行为立即决定了另一个光子的状态,即使两者是分离的。而另一方面相对论可以很好的描述大加速度。而今研究者首次利用量子技术立即观测到两种现象:当光子处于相对论有关的加速时也能测试光子对量子纠缠的稳定性。

牢不可破的量子纠缠
credit: 煎蛋画师Chon

量子纠缠十分鲁棒

奥地利科学院的维也纳量子光学与量子信息研究所(IQOQI)的研究者和维也纳大学的研究人员首次针对该领域进行实验研究。在实验中,研究人员证实即使包括探测器在内的纠缠光子对源正在经历自由落体或者被加速到30g,即30倍地球重力加速度的时候,光子间的量子纠缠仍旧存在。通过该实验,维也纳研究者在实验上建立了保有纠缠品质的上限。

卫星量子实验的重要性

IQOQI的小组长Rupert Ursin说道:“这些实验将有助于统一量子力学理论和相对论。”研究大加速度系统中的量子纠缠对于空间量子实验十分关键。论文第一作者Matthias Fink 举例道:“如果量子纠缠过于脆弱,那么在卫星或者加速航天器上可能就无法实现量子纠缠实验了,只能在很小的加速范围内进行这种实验。”

牢不可破的量子纠缠
credit: 煎蛋画师Chon

12米高的坠落和30g

为了验证量子纠缠的鲁棒性,量子物理学家Matthias Fink和他的同事在板条箱内安装了一个极化-纠缠光子对源。首先在12米的高处令其自由下落,然后在第二部分实验中将其固定在离心机臂上,加速至30g。为了便于读者比较,过山车最多对乘客施加6g的加速度。

安装在板条箱上的探测器在实验中监控光子的纠缠态。通过分析实验数据,物理学家能计算出对纠缠的不利的加速度上限。实验数据显示纠缠质量不会明显超过背景噪声的期望贡献。

Fink说道:“我们的下一个挑战是加固实验装置,令其能承受更大的加速度。这将进一步增强实验的说服力。”

论文原文:DOI: 10.1038/NCOMMS15304

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 26+1

  1. synodarkson
    @5 months ago
    3452824

    乃个字儿都认识

  2. 味精封包
    @5 months ago
    3452838

    全文其实就是说,纠缠态比预想的更 耐x,“鲁棒性”意外的好,可以用于更复杂的环境

    [14] XX [0] 回复 [0]
  3. 3452841

    在所有技术名词的翻译里面,鲁棒是最牛叉的翻译。究竟是说的山东大棒,还是说的撸棒?需要进一步考证。

    [28] XX [3] 回复 [0]
  4. 3452851

    每个字都认识系列

  5. 3452866

    30g也没少啊,居然用离心机,为啥不用粒子加速器上亚光速呢?

  6. 纸醉金迷
    @5 months ago
    3452872

    超距离超光速通讯就靠它了。

  7. noahlin
    @5 months ago
    3452894

    @PP: 是robust的音译

  8. King5268
    @5 months ago
    3452899

    量子纠缠是不是因为通过了另外一个维度造成的………………..

    [12] XX [0] 回复 [0]
  9. 俱舍莲帝
    @5 months ago
    3452909

    配图好血腥!= -=

  10. 俱舍莲帝
    @5 months ago
    3452910

    配图好血腥!= -=

  11. 3452912

    看来智子用光速移动是成立的

  12. 3452928

    有前途的重口味灵魂画师啊。

  13. 3452977

    量子通讯暂时只能传密钥,要实时超距离通讯还有很长距离

  14. phycists
    @5 months ago
    3452979

    接待过zeilinger。

  15. 3453008

    灵魂画手,拜服

  16. alpha_boy
    @5 months ago
    3453033

    为什么量子纠缠态不能用于超光速通讯?

    一方面纠缠态是一次性的,假设有甲、乙两人,各有一个粒子A和A’,且A和A’呈现纠缠态,甲观察了纠缠粒子A,令其塌缩了,随机出现一种状态,假设是左旋(也可能是右旋,随机的),这会影响A’,使其塌缩成右旋(就是成对的),然后A和A’的纠缠态就破坏了。以后甲再怎么观察A,都对A’无影响,显然不能持续性地传送信息。

    另一方面,由于纠缠态会被观测破坏掉,所以,乙不能每时每刻都观测A’,也就无法知道A’的状态是否发生过改变。

    甚至乙观测A’,且发现A’塌缩成右旋状态了,他也无法知道这个右旋是甲先观测了A,并且随机出左旋状态,然后导致了A’因纠缠变右旋?还是因为乙自己的观测导致了A’随机塌缩成右旋状态,且令A因为纠缠而塌缩成左旋?

    也就是乙对A’进行观测后看到的状态,究竟是受到甲观测的影响产生的,还是乙自己的观测产生的,都搞不清,于是甲到底有没有观测过A,乙都无法通过对A’进行单方面观测来确定。

    [25] XX [0] 回复 [0]
  17. QLLAODA
    @5 months ago
    3453066

    所谓的纠缠态,其实根本就是同一个粒子

  18. 没有人
    @5 months ago
    3453118

    牢不可破的联盟

  19. 3453175

    IQOQI,回文+类颜文字的效果,这机构的创建者好调皮

  20. 卡卡罗特
    @5 months ago
    3453260

    @PP: 就是健壮性

  21. 树大招风
    @5 months ago
    3453291

    有3个问题一直不明白,求达人指捣:

    1、两颗互不认识的粒子最初是怎么建立起纠缠态的?
    2、两颗粒子不一样(比如一颗是光子、一颗是胶子)能否建立纠缠态?
    3、两颗纠缠态的粒子,可以分开多远,纠缠态依然有效?

  22. 3453463

    所谓的纠缠态,其实根本就是同一个粒子

    支持

  23. 致富信息
    @5 months ago
    3453778

    @味精封包: 能突破黑障给DF41导航吗?

  24. 3453829

    @树大招风: 问题2当然是可以的
    只需谷歌一下electron photon entanglement 立刻就会搜到2012年的一篇《自然》杂志论文,讲把一颗电子和一颗光子纠缠起来的实验
    参见:
    http://www.wuli.ac.cn/UserFiles/File/xinwen(3).pdf
    https://phys.org/news/2012-11-entangle-electron-photon-quantum-dot.html
    在这个实验中,先用“量子点”(一种半导体纳米结构)困住一颗电子,然后用激光把它的自旋固定为自旋方向向上,之后再用另一束激光使电子进入激发态,直到这一步为止电子的状态都是确定的。
    但只需稍等一会儿,电子就会自动退激发,回到低能态,同时放出一颗光子,这时电子的自旋就不确定了,放出的光子的偏振和波长也不确定,电子和光子处于纠缠状态。

    结论:纠缠态不能解释为同一个粒子

    问题3理论上可以分开很远甚至无限远,实际实验中最远的好像是几百公里,主要限制来自于飞行过程中的损耗,比如用光纤把纠缠光子送到远处,最好质量的光纤也未必能保证一半的存活率。
    另一个想法是地球大气也不是很厚啊,把纠缠光子送到大气外,没有空气环境影响,不就可以飞行很远不损耗吗,于是就有了中国的“墨子号”量子卫星,测试几千到上万公里的纠缠。

  25. 世界的第八天
    @5 months ago
    3454533

    从量子纠缠到心灵感应

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