詭異的量子糾纏獲得額外的“扭曲”

粒子中的扭曲和纏結可能會帶來新技術

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量子物理學是關於極小事物的科學。但物理學家正在使其變大,為他們能夠使其表現出量子效應的物體的大小和能量設定記錄。

現在,奧地利維也納大學的物理學家們已經“虛擬地糾纏”或糾纏了兩個以比以往任何時候都快的速度向相反方向旋轉的粒子。當兩個粒子保持連線時就會發生糾纏,因此對其中一個粒子執行的操作會影響另一個粒子,儘管它們之間存在距離。(愛因斯坦將這種怪異的聯絡稱為“遠距離的幽靈般的動作”。)

在這項新的研究中,安東·菲克勒和他的同事糾纏了兩個光子,這兩個光子具有高的軌道角動量,這是一個測量光波扭曲的屬性。在量子物理學中,諸如光子之類的粒子可以表現為粒子和波


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“這是開發新技術的墊腳石,”量子光學和量子資訊研究所所長安東·蔡林格說,他也是該研究的合著者,該研究詳見11月5日出版的《科學》雜誌。

此類糾纏實驗已經進行了數十年。但在這種情況下,研究人員做了一些稍微不同的事情。他們創造了糾纏的光子,並賦予它們大量的角動量,比以往任何實驗都多。

通常,光子中包含的能量非常小:其量子數很低。在高能量下,這種情況會發生變化。當量子數變高時,量子物理學和“正常”或經典物理學開始看起來相似;這被稱為對應原理,它適用於物理學的許多領域。

為了產生糾纏的光子,菲克勒和他的團隊將雷射透過一個分束器,將雷射束分成兩束。兩個光子被送到不同的光纖中,它們的波被扭曲、扭曲、再扭曲一些,增加了它們的角動量——想象一個像螺旋一樣形狀的波,旋轉得越來越快。[扭曲的物理學:7個令人興奮的發現]

最終,光子中存在足夠的角動量,它們的量子數——測量其動量的單位——相差600倍,這是一個比以往任何時候都高的值。與此同時,以相反方向快速旋轉的光子仍然是糾纏的。

他們知道這一點,因為當粒子糾纏時,測量一個粒子的量子態(在這種情況下是角動量和方向)會立即告訴你另一個粒子的量子態,無論它在哪裡。由於他們有能力測量兩者,研究人員可以確認糾纏。

(儘管粒子之間的這種資訊傳遞是瞬間的,但糾纏不能用於超光速通訊,因為不可能像在訊息中那樣預先設定量子態)。

這表明,可以在高能量下看到糾纏效應,這意味著更接近我們所瞭解和與之互動的宏觀世界。“這意味著我們必須對對應原理持保留態度,”蔡林格說。

同樣重要的是,該實驗表明,應用某些型別的量子效應的唯一障礙是技術上的——沒有物理原因可以阻止人們在高能量下看到量子現象,以至於它們會滲入可見世界,儘管這需要一些時間才能實現。

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