【荷兰科学家证实量子纠缠】物质远隔万里却相互作用

代尔夫特理工大学的最新实验证明,物质的确可以远隔万里却相互作用。

在一个具有里程碑意义的研究中,荷兰代尔夫特理工大学的科学家报道,他们的实验据说可以证明量子力学最根本的理论之一:远隔很远距离的物体可以瞬间互相作用。

这一发现是对古典物理称为“定域性定律”(locality)的基本原则又一打击。其定律指出,一个物体只能被它周围的环境直接影响。代尔夫特大学的研究,周三在《自然》杂志上公布,进一步证实了一个爱因斯坦曾经公开拒绝的想法。他说,量子论必须承认“幽灵般的远程效应”,他也拒绝接受“宇宙可以表现得如此奇怪,如此明显地随机”这一概念。

互相分离的粒子可以被完全“纠缠”,其结果是,无论两个粒子之间的距离是多少,测量一个粒子几乎同时会影响到另一个。爱因斯坦对这一说法更是嗤之以鼻。

爱因斯坦对量子理论引入的不确定性不以为然,他认为量子理论具有上帝玩骰子的暗示。

但自20世纪70年代起,物理学家一系列精确的实验正在不断地消除疑虑– 一些被称为漏洞的另类解释- 即使相隔整个宇宙,两个已经纠缠的粒子可以立刻互动。

由荷兰大学的科维理纳米科学研究所,物理学家罗纳德·汉森领导,以及来自西班牙和英国的科学家加盟进行的新实验为量子力学以下理论提供了最有力的证明:由亚原子粒子纤维构成的奇怪世界的确存在,其中的物质在没有被观察之前,不具有任何形式,并且,时间不但向前行进也向后行进。

物理学家约翰·斯图尔特·贝尔1964年首先设计一个实验作为证明“‘幽灵般的远程效应’真实存在”的一种方法,因此,研究人员把他们的实验称为“没有漏洞的贝尔测试”。

“自上世纪70年代,这些测试就已经完成,但总是需要额外的假设,”汉森博士说。“现在我们已经证实了幽灵般的远程效应的确存在。”

根据这些科学家的论断,他们现在已经排除了所有可能的所谓隐变量,那些根据经典物理定律,可能解释远距离纠缠的隐变量。

代尔夫特研究人员能够把相距1.3公里(比一英里略少)的两个电子纠缠起来,然后在它们之间传递信息。物理学家使用“缠结”一词表明他们使用某些方法来生成成对的粒子,其结果是它们彼此之间不独立。科学家们把两颗钻石分别放在代尔夫特理工大学校园内的两侧,距离1.3公里。

每块儿钻石含有一个可以俘获单个电子的微小空间,此空间具有一种称为“自旋”的磁性,然后用微波和激光能的脉冲来纠缠,并测量电子的“自旋”。

校园的两侧设有探测器,两个电子之间的距离确保做测量的同时,信息无法以传统的方式交换。

“我想这是一个设计完美,巧妙的实验,将有助于推进整个领域,”麻省理工学院物理学家大卫·凯泽说,他没有参与这项研究。然而,凯泽博士,和另一组物理学家正准备明年进行一个更加雄心勃勃的实验,不久将截取和测量宇宙最边缘的光。他还说,他认为荷兰实验并没有解答所有的疑问。

测试发生在一个令人费解的和独特的领域。根据量子力学,直到粒子被测量或以某种方式观察到它们的时候才具有可以验证的属性。直到这时,它们可以同时出现在两个或更多的地方。但是,一旦测得,它们塌陷成一个更经典的现实,只有一个位置。

事实上,这个实验不仅仅证实了量子力学反常识的理论,也是朝着所谓的“量子互联网”的实际应用前进了一步。目前,面对功率强大的计算机建构在大数因子分解能力基础上的加密技术和另一些有关策略所具有挑战性,互联网的安全性和电子商务的基础设施很令人头疼。

像汉森一样的研究人员设想一个由链状纠缠粒子环绕整个地球而形成的量子通信网络。这种网络能够安全地共享加密密码,并且绝对能够监测到窃听的企图。

对于一些物理学家,尽管新的实验声称“无漏洞”,事情还没有完全结束。

“这项实验已经很漂亮地堵住了三大漏洞中的两个,但三分之二是不是三分之三,”凯泽说。“我十分相信,量子力学是大自然的正确描述。但是,坦率地说,我们还不到使用最强烈的语气说话的地步。

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2015-10-25

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