難住愛因斯坦的量子糾纏現象被首次拍到(圖/視頻)


粒子示意圖
微觀粒子示意圖(圖片來源:公有領域/Pixabay)

【看中國2019年7月14日訊】如果你看過漫威電影《蟻人》,可能對「量子糾纏」這個名詞不會陌生。簡單而言,它是指兩個粒子即便相隔甚遠,其中一個的狀態只要發生變化,另一個也會受到相應的影響。不過在此之前,儘管關於量子纏結的研究很多,但從未有人捕捉到過真正的圖像

而現在來自蘇格蘭格拉斯哥大學的科學家們終於在這方面獲得了突破,他們日前設法將兩個光子互動、共享物理狀態的短暫一瞬給記錄了下來。聽起來難以置信,經過多年努力,科學家們終於成功捕獲了世界上第一張量子糾纏的實際照片,這種奇怪的現象愛因斯坦將其描述為「超距怪作用」(spooky action at adistance)。

量子糾纏,是量子力學最難理解的一個概念之一。當兩個粒子變得密不可分時發生量子糾纏,無論它們發生什麼,都會立即影響另一個,無論它們有多遠。世界上最偉大的科學家也會感覺困惑不解,聰明絕頂如愛因斯坦也無法完全解釋。愛因斯坦認為量子力學有問題,不完備,並與合作者寫了一篇歷史上最有名的文章,證明量子力學的描述方式是不完備的。量子力學的奠基人之一薛定諤,也有同感,並首先使用了「糾纏(entanglement)」一詞。

這張特殊的照片顯示了兩個光子之間的糾纏,咋看起來可能沒什麼出奇,但只需停下來思考一下:這個模糊的灰色圖像是人類第一次看到粒子間的相互作用,它支撐著量子力學這門「奇怪的」科學,並形成量子計算的基礎。

格拉斯哥大學物理與天文學院的Paul-Antoine Moreau博士告訴BBC記者:「我們設法捕獲的圖像是對自然的基本屬性的優雅展示,這是第一次看到的。」Moreau還是週五在《科學進展》(Science Advances)上發表的一篇論文的主要作者。

為了拍攝這張令人難以置信的照片,Moreau博士和一群物理學家創造了一個複雜的實驗。從激光器中射出一對光子,分開並沿不同路徑傳播,然後被一臺特殊的相機捕獲。得到的圖像始終顯示兩個光子似乎相互反射並形成了一個指環形狀。

雖然愛因斯坦以研究量子糾纏著稱,但已故的物理學家約翰.貝爾幫助定義量子糾纏並建立了一個稱為「貝爾不等式」的測試。基本上,如果可以打破貝爾不等式,就可以確認真正的量子糾纏。

該團隊《科學進展》的文章中寫道,「在這裡,我們報告了一項實驗,證明在觀察到的圖像中存在違反貝爾不等式的情況……這一結果為新的量子成像方案開闢了道路......並提出了基於空間變數的量子信息方案的前景。」


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