自制量子詭異作用

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德國德累斯頓——如果不僅能讀到關於量子力學的瘋狂之處,還能親眼看到它——甚至更好,親手實踐它——那該有多酷?幾年前,我問過實驗物理學大師保羅·克維亞特,他是否可以開發一個任何人都能在家做的簡單演示,他和他的本科生瑞秋·基爾默提出了“量子擦除器”。本週,我看到了量子自制者時代邁出的又一大步。在德國物理學會會議的展覽帳篷的一個展位裡,位於慕尼黑的初創公司qutools展示了世界上最便宜的量子糾纏觀察套件:遠距離的詭異作用。雖然對於 DIY 愛好者來說仍然遙不可及(20,000 歐元或 28,000 美元),但該套件足夠便宜,可以成為物理學 101 課程的標準裝置,而且當你考慮到物理學家在 1970 年代首次觀察到詭異作用時所經歷的一切,這真是一個小型化的奇蹟。“他們所做的事情讓我非常興奮,”位於密歇根州大急流城的卡爾文學院的物理教育創新者 David Van Baak 說。“我們已經過了糾纏只在研究型大學才有的階段。它正在走向大眾。”

我來參加這次會議的主要原因是參加由柏林弗裡茨·哈伯研究所的實驗物理學家 Uwe Becker 組織的,一些世界領先的量子物理學家和哲學家參加的研討會 (pdf)。我有機會見到了包括巴黎郊外光學院的 Alain Aspect 在內的許多人——他是最早親眼看到詭異作用的人之一。科學作家路易莎·吉爾德在她的小說 《糾纏的時代》 中生動地描述了他和其他先驅者所經歷的一切。他們的實驗佔據了整個地下室實驗室,不得不進行大規模的定製,看起來幾乎像蒸汽朋克。阿斯佩和其他人不得不在大多數同事的懷疑甚至公然敵視的背景下完成這一切。


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他們的裝置產生了成對的粒子,這些粒子就像魔術硬幣一樣:當在實驗室的相對兩側同時翻轉時,兩個硬幣總是出現同一面,要麼都是正面,要麼都是反面。阿斯佩的裝置每秒產生大約 100 次詭異的巧合。qutools 套件可以放在客廳的邊桌上,觀察到的巧合次數是其 10 倍以上。

這些裝置可以以一種排除顯而易見的解釋的方式進行翻轉——例如,粒子被預先程式設計為以它們的方式表現,或者在它們之間傳遞了一些隱藏的訊號。透過物理學家尚未掌握的方式,儘管粒子之間存在距離,但它們作為一個不可分割的單元發揮作用。日內瓦大學的量子先驅尼古拉斯·吉辛認為,隨著物理學家對這種現象的熟悉,理解將會到來。他說他已經注意到他的學生比他那一代人更能適應糾纏。“年輕人覺得它很迷人,但並沒有完全感到驚訝,”他說。“這裡的孩子們說,事情就是這樣。”因此,像 qutools 這樣的套件加速了我們最終弄清楚該理論真正含義的那一天,瘋狂成為日常。

攝影:George Musser

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