這個實驗將讓我們有史以來第一次「看見」量子糾纏

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我們也許能夠用自己的眼睛看見量子糾纏(quantum entanglement)。

以今日的科技,來自瑞士日內瓦大學的物理學家有一個理論,我們實際上能夠用肉眼"看見"量子糾纏。

來自瑞士日內瓦大學的Valentina Caprara Vivoli以及她的研究小組已經想出出一項實驗,允許人類的眼睛直接偵測量子糾纏。第一次,我們也許能夠回答那個有趣的問題,是否人類將能夠"看見"量子糾纏的發生。

什麼是量子糾纏?


量子糾纏是一種現象,兩個量子粒子以好像在分擔相同實體這樣的方式在交互作用。這意味著對一個粒子做量測時,會立刻影響另一個粒子;不管它們彼此相距有多遠。

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長期以來,科學家一直在爭論它的存在。但隨著今日的科技以及良好設備的實驗室,物理學家能夠更仔細地研究這一個現象,並且希望能回答這些問題。

新的實驗

為了"看見"量子糾纏,物理學家以基本的方式來看:人類眼睛。我們的眼睛是一個光子偵測器,因此,在理論上,以人類眼睛當作光子偵測器的一個量子糾纏實驗是有可能的。這些實驗涉及了幾對被送到一個光子偵測器上的糾纏光子,多次的重複偵測過程將讓它有可能確定是否量子糾纏實際上已經發生了。

這一切聽起來非常容易,但它不容易。我們的眼睛,儘管已經是將近10億年演化下的複雜產品,就是不能偵測單獨的光子。為了觸發一次真正的偵測,我們眼睛視網膜內的每一個光感應"桿(rod)"必須被很多的光子刺激,最低的可察覺光子門檻(photonic threshold)據信是7個。通常,我們的眼睛只能在數百或數千個光子中做分辨。

但即使有數千個光子,我們的眼睛依然無法被認定是有效率的光子偵測器。在任何一個好的光學實驗室,一個光子偵測儀器是超過90%的效率,我們的眼睛暫存器(peeper register)僅僅只有8%效率。因此,這造成一個真正的大問題,我們將會如何"看見"量子糾纏。

往後更多的挑戰

除了我們眼睛的效率之外,科技也在這個問題扮演了一個角色。物理學家一次只能糾纏6個光子,而且這項工作也不是非常容易的。

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顯然地,我們能用我們的眼睛真正地偵測到它們的唯一的方法是放大一個糾纏光子的效果。但我們需要確定我們不會破壞它自身實際的量子糾纏。

Vivoli和她的小組說明他們想出一個方法來有效地放大一個單獨的糾纏光子進入許多個光子內,讓我們的眼睛能真正地看見。這項技術稱作"位移操作(displacement operation)"。基本上是兩個量子物質的干擾,以至於一個物質的相位被另一個所改變。

為了要做到這點,要用到一台分光鏡。從一個雷射來的一束連貫的光子瞄準一個分光鏡,穿越它。但之後的一個相位改變,造成它反射。如果第二個雷射光束干擾第一個,它將會改變第一個光束的相位,將它反射回來而不是穿越分光鏡。因此第二個光束控制第一個光束是否反射。這個"切換光束(switching beam)"不需要和主光束一樣的強大,但它的確需要連貫的。換句話說,一個實際的雷射,造成它的成功。

Vivoli和她的小組把這項理論放在心裡,他們說這項實驗所需的技術已經有了,他們說他們的研究工作”有說服力地展示以眼睛觀察量子糾纏的第一次實驗的可能性”。他們說了很多事情,但只有時間能證明他們是否能夠兌現承諾。

所以我們現在只需要實施這項實驗來看結果,並檢查是否他們的理論可行。應該不會太難吧!我們只需要幾個有很多空閒時間的志願者,和幾千個已糾纏的光子。

同時,Vivoli和她的小組,以特有的眼光看待新奇的事物,指出,可以安全地說:”以量子光(quantum light)來刺探人類視覺是一個未知的領域(terra incognita)這使它自己成為一個有吸引力的挑戰

而且那是一個我們全都能讚揚的觀點。我們期待用我們自己的眼睛,來探索量子世界各式各樣的怪異。

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來源: Futurism