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    宏觀物體量子糾纏證據確鑿 有助量子網絡、暗物質及引力波研究

    日期:2022-05-09 12:25

       美國《科學》雜志近日發表兩項量子力學重磅突破:其中一項研究,科學家發現了宏觀物體量子糾纏的直接證據;另一項研究則實現了對不確定性原理的“規避”,而這正是量子力學的基本定律之一。這兩項實驗都以確鑿的證據證明了宏觀物體也可以實現量子糾纏,不但有望在未來量子網絡中提供長期網絡節點,還能極大地推動暗物質與引力波探測相關技術研發。

      如果說量子力學有什么“令人討厭”之處,那就是人們會認為這一領域很大程度上如同“想象”的學科——在現實中幾乎不可能看到。實際上,量子力學不僅僅是微觀的理論,我們所知的所有物質,從根本上來說都是量子。但不得不承認,奇怪的量子效應在大于幾個原子的任何事物中都很難觀察到。因此,找尋宏觀物體的量子效應的證據,也成為物理學家們的一大目標。

      此次,在《科學》刊登的其中一項研究中,美國國家標準技術研究所團隊使用微波脈沖讓兩張小的鋁片膜進入量子糾纏狀態。該鋁片膜的尺寸為每張長20微米,寬14微米,厚度100納米,質量為70皮克,相當于大約1萬億個原子的質量——盡管非常微小,但以量子的標準而言,它們已經達到了相當大的尺度。

      在施加脈沖微波后,鋁片膜維持了大約1毫秒的量子狀態,團隊成員仔細分析了反射的微波。通常來講,反射回的微波應是隨機的,但是當他們將結果繪制成圖、對比兩者信息時,卻發現兩張鋁片膜看似無規律的振動之間,其實存在著高度的關聯性。這一點只有量子糾纏才做得到,也就是兩張鋁片膜發生了量子糾纏。此后,團隊又進行了1萬次重復實驗。

      在另一項研究中,芬蘭阿爾托大學等研究機構組成的聯合團隊在8毫開爾文的溫度下,讓兩個鋁鼓膜進入長時間、相對穩定的糾纏態。研究人員可以對同一個糾纏態進行多次測量,實現了“規避”量子力學中的不確定性原理。

      研究人員表示,如果將兩個鼓視為一個量子力學實體,那么其運動狀態的不確定性就被消除了。但實驗中沒有任何地方違反不確定性原理,他們是選擇了一組特定的、不會被該原理“禁止”的參數。

    總編輯圈點

      理解量子世界,需要“腦洞大開”“輕裝上陣”,最好把在宏觀世界的既往經驗都丟掉,才能窺得這個微觀世界的神奇。一般認為,在宏觀世界,因為“噪音太大”,量子效應的魔法就會失靈。這一次,科研人員通過巧妙的實驗設計,證明宏觀物體也能發生量子糾纏——也就是“心靈感應”般的相互作用。盡管只有1毫秒,但放在量子尺度上,也是具有說服力的時長了??蒲腥藛T說,他們并沒有發現什么新的量子力學,但實驗結果本身,已經具有相當的突破性和顛覆性。


    來源:科技日報

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