量子力學越來越「鬼異」了

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量子纏結

一項國際合作和最近發表的論文有可能解決了百年的物理學爭論。

量子力學很鬼異。量子力學裡的“糾纏(Entanglement)”,這是量子力學的一個部分,這概念告訴我們兩個粒子可以跨越長距離直接連接。如果你測量一個粒子的自旋,你馬上就能知道其相對應的自旋。物理學家認為這樣的現象非常鬼異,因為它和我們日常邏輯概念不相符。常識告訴我們橫跨宇宙間的物質是不可能直接連接的,但在量子空間中卻是可行的。量子力學也說,這些粒子只有在被觀察下才有固定的特性。

部分物理學家如愛因斯坦卻反對這樣的概念,因為它違背了現實世界的本質。1930年代當量子力學才剛興起時,愛因斯坦是“定域隱變數理論(local realism )” 的擁護者,主張只有相近的物體可以相互影響。愛因斯坦和其他物理學家提出“隱變數理論(hidden variables theory )” 來解釋這鬼異的行為。他們認為世人對量子力學的知識是不完整,而且可能存在著我們未知的隱藏變數。

1960年代一位名叫約翰貝爾(John Bell)的物理學家提出一個稱為“不等式(inequality )” 的數學運算式來測試這些所謂的隱藏變數。他認為如果這些隱藏變數確實存在,則會限制這些粒子的連結。如果連結程度超過預設值,那麼這些隱藏變數將不存在。然而這個我們稱為“貝爾不等式” 的實驗並不完全否定“定域隱變數理論” 。這個實驗採用有可能會在測試中迷失方向的糾纏光子,而且實驗者可能也無法偵測到所有產生的光子。

由荷蘭台夫特科技大學(Delft University)韓森教授(Professor Ronald Hanson)所領導的新一代實驗,有兩位我們姑且稱為Alice 和 Bob的研究員身處於兩個距離1.3公里的實驗室。每個實驗室都有一個鑽石晶片,晶片中有一個因自旋而和光子糾纏的電子。這些光子被送到配備有抵達時間探測器、介於Alice 和 Bob之間的第三個實驗室裡。如果兩個光子同時抵達的話,那麼他們就會糾纏在一起,而電子也會因此糾纏。

hanson實驗室

這個實驗持續了9天。在那段時間,研究人員記錄了 245次成功的糾纏。雖然過去數十年的其他實驗也證實了貝爾的限制,但這個新實驗從過去的缺點吸取經驗來克服實驗陷阱。先前的實驗所使用的探測器數量不足,只能偵測到少數通過的粒子。新近的實驗採用近乎完美的探測器,但這些糾纏的粒子間的距離近到有溝通的可能性。在新的實驗中,研究小組使用高品質探測器,在電子還來不及互相溝通訊息以前收集測量,有史以來第一次將兩種漏洞關閉。

量子纏結2

這次的實驗結果對量子密碼學帶來重大影響,這意味著糾纏下的光子將可以產生安全的加密金鑰。把這些漏洞關閉將使電腦系統可以成功偵測是否有人試圖攔截這些金鑰,因為試圖破壞糾纏將會觸發警報。

韓森教授研究解說影片:

來源: Iflscience
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