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得了诺奖的量子纠缠到底是啥?让我们从猫说起

更新时间:2024-03-01 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

今年获得诺贝尔物理学奖的量子纠缠在该领域的误解中位居前三。xle物理好资源网(原物理ok网)

首先我要说的是:量子纠缠对宏观物体没有影响——换句话说,对你能看到的、你能感觉到的一切物体都没有影响。 所以量子纠缠与“你是风我是沙,纠缠到世界尽头”无关。xle物理好资源网(原物理ok网)

那 -xle物理好资源网(原物理ok网)

诺贝尔奖得主量子纠缠xle物理好资源网(原物理ok网)

它是什么?xle物理好资源网(原物理ok网)

我们先从猫开始吧。xle物理好资源网(原物理ok网)

很多人都听说过薛定谔的猫。 薛定谔用可怜的猫的例子来反驳量子力学的理论。 他说:如果按照一些物理学家的观点,一个微观粒子可以同时处于两种状态的叠加,那么如果我把毒药放进盒子里,让这个粒子的状态决定猫的生死,那不会是一只猫吗? 难道也是处于死与生的叠加状态吗?xle物理好资源网(原物理ok网)

用他自己的话说,这是一个“非常可笑的例子”。xle物理好资源网(原物理ok网)

薛定谔的猫,是死是活?丨/xle物理好资源网(原物理ok网)

然而,量子力学的支持者坚持认为,虽然猫不能处于“死与活”的叠加状态,但粒子确实可以。 甚至说,不仅一个粒子可以做到这一点,两个或两个以上粒子也可以,并且在某些情况下它们还可以纠缠在一起。xle物理好资源网(原物理ok网)

只要满足一定的条件,两个粒子作为一个整体可以同时处于叠加态,而粒子不能被分开单独看(用更物理的语言来说,两个以上粒子的状态不能写成单粒子态的多重直积)。xle物理好资源网(原物理ok网)

例如,存在一种纠缠态,只要没有外界干扰,当粒子A处于状态0时,粒子B必然处于状态1; 而当粒子A处于状态1时,粒子B必然处于状态0。或者用一个更形象的比喻:xle物理好资源网(原物理ok网)

如果粒子猫死了,粒子狗一定活;xle物理好资源网(原物理ok网)

如果粒子猫活着,粒子狗就必须死!xle物理好资源网(原物理ok网)

为什么我们一定要战斗到死? |xle物理好资源网(原物理ok网)

多个粒子之间的这种奇怪的联系就是量子纠缠。xle物理好资源网(原物理ok网)

爱因斯坦:我也不相信量子纠缠xle物理好资源网(原物理ok网)

当时一直反对量子力学的爱因斯坦将这种联系称为“幽灵般的超距作用”(at a)。 在他看来,如果量子力学理论允许这种现象存在,那就真的大错特错了。 要么现有理论需要修改,要么量子力学是错误的。 (用物理学的语言来说,量子力学理论是“不完整的”。)xle物理好资源网(原物理ok网)

为了反驳,他与另外两位物理学家鲍里斯·波多尔斯基(Boris )和内森·罗森( Rosen)写了一篇论文,提出了一个原理。 该原理假设空间中任何相互作用的速度不应超过光速。 然而,量子纠缠,一种远距离相互作用2023年诺贝尔物理学奖量子纠缠是谁,违反了这一原理,表明量子力学是不完整的。 这就是著名的EPR悖论。xle物理好资源网(原物理ok网)

ERP悖论是三位科学家姓氏的首字母。xle物理好资源网(原物理ok网)

量子力学的支持者暂时对爱因斯坦无能为力。 EPR悖论被设计为一个思想实验,当时很难用实际的实验结果来反驳它。xle物理好资源网(原物理ok网)

幸运的是,29年后,一位名叫约翰·贝尔的物理学家出现了。 他提出了一个不等式。 如果能够证明这种不等式在量子世界中成立,那么爱因斯坦是对的,量子力学是不完备的; 如果它不成立,那么量子力学就赢了。 这个不等式后来被称为贝尔不等式。xle物理好资源网(原物理ok网)

贝尔不等式提出后,物理学家们欢呼雀跃——他们终于可以用实验数据而不是言语来证明爱因斯坦是对还是错了。xle物理好资源网(原物理ok网)

让实验说话。xle物理好资源网(原物理ok网)

轮到诺贝尔奖获得者了xle物理好资源网(原物理ok网)

至此,我们的三位新诺贝尔物理学奖得主终于登场了。xle物理好资源网(原物理ok网)

第一个出现的人是约翰·克劳瑟(John ),他建造了一台精巧的仪器,可以同时发射两个纠缠的光子,并最终通过实验得到了明显违反贝尔不等式的结果。xle物理好资源网(原物理ok网)

然而,克劳泽的实验被发现存在一个特殊的实验漏洞(定位漏洞),缺乏说服力。 幸运的是,当时还是博士生的阿兰·阿斯珀(Alain Asper)在克劳瑟的基础上改进了实验装置。 修复漏洞后,他发现实验结果没有改变:贝尔不等式在量子世界不成立!xle物理好资源网(原物理ok网)

年轻的克劳瑟xle物理好资源网(原物理ok网)

此后,无数物理学家继续努力改进实验结果。 安东·塞林格(Anton )是其中的重要成员。 他带领的团队最终弥补了随机性等漏洞,给出了贝尔的量子力学违规。 不平等的决定性证明。xle物理好资源网(原物理ok网)

塞林格的贡献不仅限于贝尔不等式的实验验证。 他还发现纠缠量子态具有存储、传输和处理信息的潜力,将量子纠缠从理论推向了应用。xle物理好资源网(原物理ok网)

安东·塞林格获奖后,还感谢了100多名与他一起工作过的年轻人|xle物理好资源网(原物理ok网)

面对爱因斯坦的质疑,几十年后,从克劳瑟到阿斯珀到塞林格的一代代物理学家终于用确凿的实验数据证明了量子纠缠的存在,胜利属于量子力学。 。xle物理好资源网(原物理ok网)

两个粒子之间的奇怪联系,xle物理好资源网(原物理ok网)

为什么不是两个人之间的纠葛?xle物理好资源网(原物理ok网)

说了这么多,很多人可能会把量子纠缠和爱情联系起来——量子纠缠不就是“心灵之间的清晰联系”吗?xle物理好资源网(原物理ok网)

如果你还记得的话,之前有人将爱情比作量子纠缠xle物理好资源网(原物理ok网)

确实,这种跨越空间的联系听起来很浪漫,用它来比喻爱情也是可以理解的。 我们无从得知对方看到这个比喻时作何感想,但站在我们的立场上,还是要友情提醒一下2023年诺贝尔物理学奖量子纠缠是谁,如果你也想效仿这个比喻,它有几个隐患:xle物理好资源网(原物理ok网)

首先,量子纠缠是微观粒子之间的联系。 虽然从原理上讲,较大的宏观物体发生纠缠也不是不可能,但基本上会在千亿万亿秒之内得到解决。 这件事的寓意不太好——即使纠缠等于爱情,也是转瞬即逝的。xle物理好资源网(原物理ok网)

其次,量子纠缠不限于两个粒子。 它可以涉及三个或更多粒子,并且每个粒子都会影响其他粒子。 同样,虽然每个人心中都有理想的爱情,但这件事对于很多人来说并没有什么好的意义……xle物理好资源网(原物理ok网)

第三,量子纠缠只说明了粒子之间存在联系,但没有具体说明是何种联系。 当然,两个粒子状态可以始终相同,但它们也可以例如始终处于相反状态。 如果亲密关系中的双方总是朝相反的方向努力,可能会有点尴尬。xle物理好资源网(原物理ok网)

第四,量子纠缠是一种非常脆弱的关系。 毕竟,量子叠加态本身是非常脆弱的:只要看一眼就能知道猫是死是活,而一束光子可以确定粒子的状态,同时将其打破。 很纠结啊因此,在实践中创建量子纠缠态时必须非常小心。 如果爱情关系是这样的话,那就真的会死在光天化日之下。xle物理好资源网(原物理ok网)

所以,情话归情话,物质的东西归物理。 恋爱时说什么并不重要,但在公共场合使用隐喻时要小心。 如果对方不领情,钻出的漏洞不是甜蜜而是尴尬。xle物理好资源网(原物理ok网)

人工智能xle物理好资源网(原物理ok网)

提出“贝尔不等式”的贝尔于1990年去世,享年62岁。xle物理好资源网(原物理ok网)

可惜我没有等到这个物理奖。xle物理好资源网(原物理ok网)

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