量子力学也带来了不少令人不安的启示,从客观现实是一种幻觉的观点,到物体可以同时处于两种状态(例如,死的和活的)的认识。当小物体变大时,这种怪异的量子行为并没有停止——只是我们的感官和仪器无法探测到它。现在,通过敲击两组小鼓,两组物理学家已经将我们可以观察量子效应的尺度引入了宏观领域。
这些发现展示了一种被称为“纠缠”的奇异量子效应,其规模比以前所见的要大得多,同时也描述了一种利用这种效应的方法——当粒子之间即使相隔很远也保持连接——来规避讨厌的量子不确定性。研究人员称,这些知识可以用来探测量子引力,并设计具有远超传统设备计算能力的量子计算机。
物理学家长期以来一直好奇,奇怪的量子现象在多大程度上让位于我们更熟悉和可预测的宏观世界,主要是因为没有硬性的规则说这种现象应该——它们只是随着事物的规模扩大变得越来越不可观测。
至少过去是这样。两组研究人员的新实验已经实现了从观察单个原子之间的量子纠缠到观察由大约1万亿原子组成的微米大小的铝膜(或称“鼓”)之间的量子纠缠的飞跃。
从最简单的角度来说,纠缠描述了这样一种思想:两个粒子可以有内在的联系,无论它们相距多远,这种联系都可以持续。这些粒子是缥缈耦合的:测量一个粒子的一些信息,比如它的位置,你也会收集关于它的纠缠伙伴的位置的信息;改变一个粒子,你的行动将传送一个相应的改变到另一个粒子上,所有的速度都快于光速。
在第一个实验中,科学家们在科罗拉多州博尔德的美国国家标准与技术研究所(NIST)进行了实验,他们将每个大约10微米长的小鼓放在一个晶体芯片上,然后将它们过冷至接近绝对零度。鼓冷却后,它们与系统外物质相互作用的几率大大降低,这使得科学家们能够将鼓诱导到一种纠缠状态,在受到有规律的微波脉冲冲击时同步振动。
“如果你单独分析两个鼓的位置和动量数据,它们看起来都很热,”合著者、NIST的物理学家约翰·特伊费尔在一份声明中说,他指的是粒子得到的温度越高,振动得就越剧烈。“但把它们放在一起看,我们可以看到,一个鼓看似随机的运动与另一个高度相关,这只有通过量子纠缠才有可能。”
研究人员通过观察鼓的振幅——它们距离静止位置的最大距离——与它们上下摆动大约一个质子的高度的匹配程度,198手机198彩开户APP在那里下载登录,来测量鼓的纠缠程度。研究人员发现,鼓的振动高度同步——当一个鼓有高振幅时,另一个有低振幅时,它们的速度正好相反。
“如果它们没有关联,而且都很冷,198彩票总代周杰伦现在已经是亚洲歌王,经过他对198彩票平台的考察,现在很多198彩票开户老会员都介绍了新的会员来198彩票方案软件彩娱乐开户。,你只能在半量子运动的不确定性范围内猜测另一个鼓的平均位置,”teual说,他指的是像鼓这样的量子物体会在其中振动的离散块或“量子”。“当他们纠缠在一起时,我们可以做得更好,不确定性更少。纠缠是唯一可行的方法。”这两个大规模振动的鼓似乎是两个独立的物体,但它们被诡异的量子纠缠连接在一起。
NIST的研究人员希望利用他们的鼓系统在量子网络中建立节点或网络端点,同时使它们适应需要前所未有的精度水平的问题,比如在最小尺度上检测重力。
由芬兰阿尔托大学Mika Sillanpää领导的第二组研究人员开始使用他们自己的量子鼓系统来回避量子物理学最严格的规则之一——海森堡测不准原理。
1927年,德国物理学家维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)首次提出了这一原理,它为我们在测量一个粒子的某些物理性质时所能获得的绝对精度设定了一个硬性限制。它蕴含着这样一种观点:在最小、最基本的层面上,宇宙是一只模糊而不可预测的野兽,永远不允许人们了解关于它的完整信息。
例如,你不可能绝对精确地知道一个粒子的位置和它的动量。想知道电子的确切位置吗?你可以反复测量以建立某种确定性。但是你做的越多,你与它的相互作用就越多,改变它的动量。同样的事情反过来也会发生。量子世界的确定性是一种权衡——在一个物体更多地以概率云的形式存在的领域里,对它们的一种属性越确定,就意味着对另一种属性越不确定。
但第二组研究人员找到了解决这个问题的方法。通过不断地用光子或光粒子击打量子鼓,就像小军鼓一样,研究人员能够将他们的鼓调整到一种纠缠状态。然后,研究人员没有测量每个鼓的位置和动量,而是把这些纠缠在一起的鼓当作一个单独的组合鼓来处理,并在不影响其速度的情况下测量假想鼓的位置。
“如果两个鼓被视为一个量子力学实体,那么鼓运动的量子不确定性就会被消除,”该研究的主要作者、芬兰阿尔托大学博士后研究员洛尔·梅西埃·德利皮奈(Laure Mercier de Lepinay)在一份声明中说。
这为在不丢失任何信息的情况下进行最小尺度的测量开辟了一个全新的可能性范围,并且,考虑到测量的连续方式,198彩票是国际知名菠菜平台,公司资金实力强大,198平台超级大方,每月会员满足流水不会送iphone8就是苹果电脑198彩娱乐,通过198彩游戏,在手机APP,电脑网页版,客户端IPAD ,随时随地投注,存款,甚至提现,绝对可以i满足你对玩彩的所有需求,他们的新量子传感器可以监测不断发展的微型系统。研究人员希望他们的纠缠鼓能够足够灵敏地测量由引力波和暗物质在空间中产生的微小扭曲,并用于连接量子网络,量子网络使用纠缠物体作为中继,就像他们的鼓一样。
这两个实验也让我们面对我们接近量子世界的现实——尽管表面上牵强的思想实验唤起了半死半活的猫——以比我们想象的更微妙的方式渗透到我们自己的世界中。
第一个和第二个团队都在5月7日的《科学》杂志上发表了他们的发现。