量子真的也苦恼!近一个世纪以来,科学家仍然在为“量子纠缠”(,有译为“量子缠结”现象)而纠缠不休,由于这些微观化学现象显然不遵循数学学基本定理——光速不变,而被爱因斯坦斥为“幽灵般超距作用”。明年年初,“量子纠缠”还被列为“21世纪十大待解科学悬案”之一。
然而,在近来在一个具有里程碑意义的研究中,一名德国科学家领导的国际科研团队表示,她们的实验听说可以证明量子热学最根本的理论之一:物质的确可以远隔万里却相互作用。这似乎会打破爱因斯坦知名的“上帝不掷色子”的说法,有科学家表示,该研究否认微观世界中成对的亚原子粒子(sub-)之间存在赶超时空的信息传递方法。
“量子纠缠”视为21世纪十大未解科学悬案之一
据《纽约晨报》10月22晚报道,英国代尔夫特理工学院(Delftof)的科学家采用贝尔实验方式量子物理纠缠的原理,否认相距1.3公里的成对电子之间存在“量子纠缠”。
一个半月前,观察者网早已报导贝尔实验原理,这项研究可能宣告爱因斯坦隐变量理论出局。
而法国代尔夫特学院的用贝尔实验否认了量子纠缠的研究,周日在国际权威科学刊物《自然》上公布,进一步否认了一个爱因斯坦当初公开拒绝的看法。这一发觉是对古典数学称为“定域性原则”()的基本原则又一严打。其定理强调,一个物体只能被它周围的环境直接影响。
进行该研究的首席科学家罗纳德‧汉森()院长说,量子论必须承认“幽灵般的远程效应”,他也拒绝接受“宇宙可以表现得这么奇怪,这么显著地随机”这一概念。
英国代尔夫特学院科维理纳米科学研究所数学学家罗纳德·汉森
相互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,检测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,他对量子理论引入的不确定性不以为然,觉得量子理论具有上帝玩色子的暗示。
但自20世纪70年代起,化学学家一系列精确的实验正在不断地去除担忧——一些被称为漏洞的另类解释——即使相隔整个宇宙,两个早已纠缠的粒子可以立即互动。
由英国代尔夫特学院的科维理纳米科学研究所,化学学家罗纳德·汉森领导量子物理纠缠的原理,以及来自英国和爱尔兰的科学家加盟进行的新实验为量子热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,不具有任何方式,但是,时间不但向前行进也向后行进。
化学学家约翰·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”的一种方式,为此,研究人员把她们的实验称为“没有漏洞的贝尔测试”。
“自上世纪70年代,这种测试就早已完成,但总是须要额外的假定,”汉森博士说。“现在我们早已否认了幽灵般的远程效应的确存在。”
按照这种科学家的论断,她们现今早已排除了所有可能的所谓隐变量,这些依据精典化学定理,可能解释远距离纠缠的隐变量。
代尔夫特学院的研究人员才能把相距1.3公里的两个电子纠缠上去,之后在它们之间传递信息。化学学家使用“缠结”一词表明她们使用个别技巧来生成成对的粒子,其结果是它们彼此之间不独立。科学家们把两颗砖石分别置于代尔夫特理工学院校园内的左侧,距离1.3公里。
每块儿砖石富含一个可以打动单个电子的微小空间,此空间具有一种称为“自旋”的磁性,之后用微波和激光能的脉冲来纠缠,并检测电子的“自旋”。
校园的右侧设有侦测器,两个电子之间的距离确保做检测的同时,信息未能以传统的方法交换。
“我想这是一个设计完美,巧妙的实验,将有助于推动整个领域,”麻省理工大学化学学家大卫·凯泽(David)说,他没有参与这项研究。但是,凯泽博士,和另一组化学学家正打算今年进行一个愈发雄心勃勃的实验,不久将截取和检测宇宙最边沿的光。他还说,他觉得法国实验并没有解答所有的疑惑。
测试发生在一个令人吃惊的和奇特的领域。按照量子热学,直至粒子被检测或以某种形式观察到它们的时侯才具有可以验证的属性。直至这时,它们可以同时出现在两个或更多的地方。并且,一旦测得,它们倒塌成一个更精典的现实,只有一个位置。
爱因斯坦错了么?
否认存在赶超时空和超光速现象
另据日本《每日邮报》10月21晚报道,汉森院长说:“当听到两个电子发生纠缠时,真是很有趣。”
汉森院士的研究组在实验中观察电子的“旋转”磁特点(),此特点有“上旋”(up)或“下旋”(down)的两种表现。
汉森院长描述道:“两个电子都是同时上下,观察其中一个总是下旋,另外一个上旋。二者完美地互相关联,当观察一个具有的磁特点时,另一个永远是相反的特点。虽然另一个电子在银河系另一端的灰熊上,它们之间的这些影响也是瞬时的。”
汉森院士的研究组解释,她们在该研究中清除了导致形成其他作用的隐藏变量,如将电子放在微小砖石槽中,去除了主要的贝尔实验“漏洞”(),因而所测量的电子间不可能存在任何“秘密”通信机会,也不存在受检电子被误觉得代表其他所有周围粒子的情况。
《每日邮报》说,这项实验表明成对的亚原子粒子之间存在一种赶超时空的看不见联接。这是一项具有历史意义的实验,由于它为人们找到最明晰的证据说明这些量子效应,否认曾被爱因斯坦觉得的知名“幽灵般超距作用”是实实在在的。
尽管爱因斯坦觉得这是不可能发生现象,他认为空间中两点之间的信息传递速率不可能比光速快,并且实际上,发生量子纠缠的一个亚原子粒子可以立刻影响到另一个,无论两者相隔多远,这些信息传递速率为超光速。
巴黎学院大学()纳米技术专家约翰‧莫顿(John)院士觉得,这是令人兴奋的结果,虽然有些科学家勉强接受这样的事实:量子化学真的可以形成爱因斯坦所觉得的“幽灵般超距作用”。
对于一些化学学家,虽然新的实验宣称“无漏洞”,事情还没有完全结束。“这项实验已然很漂亮地挡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。“我非常相信,量子热学是大自然的正确描述。并且,谦虚地说,我们还不到使用最强烈的语调说话的地步。
英国代尔夫特理工学院的科学家采用贝尔实验方式,否认相距1.3公里的成对电子之间存在“量子纠缠”。
向“量子互联网”实用化前进一步
这项实验具有深刻意义,会引起具有挑战性的哲学问题。美国芝加哥学院()凯伊‧邦格斯(KaiBongs)院士觉得,这项研究不但向人们展示量子现象与传统经验之间的差别有多大,并且具有开发超级安全加密通讯技术的实际意义。
《纽约晨报》报道称,这个实验不仅仅否认了量子热学反常识的理论,也是朝着所谓的“量子互联网”的实际应用前进了一步。目前,面对功率强悍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难受。
像汉森一样的研究人员构想一个由支链纠缠粒子环绕整个月球而产生的量子通讯网路。这些网路才能安全地共享加密密码,但是绝对才能检测到监听的试图。
观察者网注意到,在量子网路研究领域,中国科学家处在世界领先水平。中国科学技术学院郭光灿教授领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组,近日成功实现确定性单光子的多模式固态量子储存。该成果在国际上首次实现量子点与固态量子储存器两种不同固态系统之间的对接,并实现了100个时间模式的多模式量子储存,模式数创造世界最高水平,为量子中继和全固态量子网路的实现打下了坚实的基础。