破解量子:一本新書解釋了任何人如何成為業餘量子物理學家

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點



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多年來,我一直在思考和希望量子物理學成為下一個駭客革命。地下室、車庫和駭客空間的DIY愛好者已經率先開發了無線電通訊、個人電腦、家用機器人和廉價的3D印表機——為什麼不能是量子糾纏、密碼學、計算機和隱形傳輸呢?近年來,物理教育工作者已經簡化了量子實驗,使高階業餘愛好者可以在家中進行。我試圖透過邀請《大眾科學》發表一篇關於如何用雷射筆製作量子擦除器的文章,以及上週寫一篇關於塑膠派對杯中的粒子探測器的部落格文章來鼓勵這種趨勢。在最新一期的《Make》雜誌中,我瞭解到一本非凡的書,它可以像 70 年代的《大眾電子》雜誌對喬布斯和沃茲尼亞克所做的那樣,為量子自制者服務。這本書由父女團隊大衛·普魯奇和珊妮·普魯奇合著,《透過動手專案探索量子物理學》,它將您從基本的粒子波演示一路帶到量子隨機數生成器。相關的網站提供了詳細的建議和其他專案。如果一個月前你問我,我會說即使是最投入的業餘愛好者也肯定無法完成原子鐘的製作。現在我知道了更多。兩週前,我碰巧在費城,在普魯奇一家住的地方附近參加一個會議,大衛(上圖與他的另外兩個女兒阿比蓋爾和漢娜合影——珊妮還在學校)好心地帶我參觀了他們地下室的實驗室。第一個線索表明它不僅僅是任何郊區的房子,是後院的射電望遠鏡,珊妮在五年級時用它來繪製銀河系氫氣圖。客廳的裝飾品包括一臺舊的民防輻射儀和吹制的玻璃克魯克斯管。實驗室本身大約有一個單車位車庫的大小,它本身就是一件藝術品,裡面排列著精美的電子裝置,如頻譜分析儀,以及維多利亞時代實驗哲學實驗室中的裝置,如范德格拉夫發生器。它比我見過的一些學術實驗室的裝置還要好,但大衛謙虛地堅稱他們是從家得寶、易趣和當地高科技公司的垃圾箱裡拼湊起來的。這本書提供了關於如何做同樣事情的技巧。然而,除了裝置,實驗還需要毅力。珊妮說,她一想到要證明量子幽靈般的超距作用就感到不寒而慄。原理很簡單(參見我同事和我製作的這段影片);實踐則是另一回事。例如,該實驗需要足夠靈敏的光探測器來檢測單個光子,這意味著它們也容易受到最微小的雜散光的影響。大衛和珊妮透過將儀器封裝在一組巢狀的黑色盒子中來保持它們的黑暗,他們必須開啟和關閉這些盒子才能進行任何調整——而這種實驗需要大量的調整。“我討厭那個黑盒子,”珊妮告訴我。“有些日子我不想做這個實驗。這很令人沮喪,但一切都得到了回報。我們實際上能夠反駁局域隱變數——而我是一名高中生。”喬治·穆瑟拍攝

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