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爱因斯坦错了?实验证明量子纠缠现象的确存在
来源:新浪科技  作者: 2015年10月26日 10:51
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  最近,一个荷兰研究小组设计的一项实验证明,被爱因斯坦称作“鬼魅般超距作用”的量子纠缠效应是真实存在的
  

  量子纠缠效应描述的是一个亚原子粒子的状态改变会如何在瞬间对另外一个亚原子粒子的状态产生影响,这种影响是瞬间发生的,不论这两个粒子之间相距有多么遥远,即便位于宇宙的两端也是一样。这就违背了爱因斯坦所认定的,即信息的传递速度不得超越光速的理论,因而爱因斯坦认定这种现象是不可能发生的
  北京时间10月26日消息,将近一个世纪以来,科学家们一直在试图弄清量子纠缠效应背后的机制,因为这一现象似乎是与现有物理理论不相容的。
  简单而言,这种现象是说两个亚原子粒子相互之间可以具有某种神秘的“联系”,这种联系不受时间和空间的限制。最近,一个研究小组开展的一项实验决定性的证明了,当年曾被爱因斯坦嘲讽为“幽灵般的超距作用”的现象的确是真实存在的。
  量子纠缠效应描述了一个亚原子粒子的状态可以立即对另外一颗亚原子粒子的状态产生影响的现象,不论这两颗粒子之间相距有多么遥远。这样明显“反常”的现象惹恼了爱因斯坦,因为在他看来,在空间中两点之间以超越光速的速度传递信息显然是不可能的。
  1964年,物理学家约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)设计了一项实验,旨在排除那些隐变量,从而能够为这种“超距作用”找到一种不那么诡异的解释。然而在所有的贝尔实验中几乎都含有漏洞,批评者们认为这些漏洞会让他此后的整个证明都出现差错。
  而在最近,英国《自然》杂志刊发了一篇论文,在这篇最新论文中,一个研究小组宣布当年贝尔实验中的两个最重要的漏洞已经得到了修补。一个荷兰研究组将一组纠缠电子对分别囚禁于代尔夫特大学校园两端(相距1.3公里)的两个势阱中,通过精密的实验设计,研究组确保这两个粒子之间没有机会建立起“秘密”的联系。
  电子拥有一项磁场属性,即所谓“自旋”,其指向可能朝上或是朝下。在进行直接观测之前,是完全没有办法知道这两个粒子当前是处于哪一种状态的。事实上,由于量子理论的怪异本质,这两个粒子实际上应当说正处于这两种状态的“叠加态”。这也就是说,只有当观测行为发生时你才能确定其现实状态究竟为何,这就有点像是一枚旋转翻滚的硬币,只有在被抓住停下时,你才能知道它究竟那一面朝上。
  这项研究的第一作者伦纳德·汉森(Ronald Hanson)教授表示:“当两个电子之间形成纠缠时,事情就会变得非常有意思。它们的状态应当是同时处于朝上或朝下的叠加态,但在被观测时,则总是表现为一个朝上,另一个朝下的状态。这两者之间建立了某种完美的关联性,当你观测其中一个粒子,那么此时另外一个粒子就会自动变成与其相反的状态。这样的关联变化是瞬间发生的,即便另外一个粒子远在星系的另一端也是一样。”而其他粒子性质上也同样具有类似的纠缠关联性。
  贝尔实验所测量的是纠缠粒子对两个成员的各自属性,具体测量方式则取决于不同的“问题”,根据不同的问题,对不同的粒子性质进行测量。
  这项新测试利用多个纠缠电子对,并确保所有纠缠电子对都接受测量,以便研究组消除检测漏洞。除此之外,两台探测器之间1.3公里的距离也已经足够长,在进行观测所需的时间内,光子将无法及时在两个粒子之间传递信息,以此消除定域性漏洞。
  纳米技术专家,伦敦大学学院的约翰·莫顿(John Morton)教授表示:“这是令人兴奋的,尽管科学家们对于的确存在着被爱因斯坦称作‘鬼魅般超距作用’的量子物理现象仍然感到有些难以接受。”这样一件事仍然是极为反直觉的,它对我们的哲学思想提出了重大的挑战。
  莫顿指出:“此前进行的贝尔实验在设计上都存在着这样或那样的漏洞和缺陷,因此人们可以就此否定其实验所得结果的可信性,从而拒绝接受这种‘鬼魅般’作用真实存在的想法。然而此番由汉森教授以及合作者们完成的实验则修补了此前的实验设计中几项最为重要的漏洞。”他说:“其次,开展这样的实验需要克服一些重大现实挑战,本次实验的成功标志着一个里程碑,它显示了人类在长距离范围内实现对光与物质在最深层面上操控的能力。”
  英国伯明翰大学教授凯·伯恩斯(Kai Bongs)表示:“这一实验是对经典实验与量子现象之间显著差异性的完美展示,它支持我们的这样一种预期,即量子技术的发展将赋予我们前所未有的能力,去创造更美好的未来。”
  这项实验也具有潜在的巨大实用价值,展示了利用量子纠缠技术实现绝对安全加密通讯技术的可行性。(晨风)
  责编:李文瑶
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