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爱因斯坦错了:研究团队证实了单粒子的量子纠缠

爱因斯坦错了:研究团队证实了单粒子的量子纠缠

  据外媒报道,研究人员们首次观测到了单个粒子的量子纠缠现象——而爱因斯坦曾认为这种事件在现代量子力学的定义下是不可能发生的,并称之为“幽灵般的超距作用”。根据理论,在保持连接的距离内,发生量子纠缠的一对粒子,对其中一个进行操作,就会对另一个也产生影响。

  若对两个纠缠粒子进行检视,就会发现两者的物理性质也是相关的。例如,当粒子A的顺时针旋转、会和粒子B的逆时针方向旋转组成“零自旋”。

  然而考虑到两个粒子会相互影响,我们很难判断纠缠粒子中的一个是相同还是相反,亦或折这只是观测的结果。不过,量子纠缠也可能发生在单个粒子身上。

  以单个光子为例,光粒子可以分割成仍然连接的两个粒子——这种连接被称之为纠缠。

  单个粒子的波函数会遍及很长的距离,但是粒子本身无法在同一个地方被检测到 2 次——在测定的时候,波函数就会坍塌。

  在 1935 年的论文——《物理现实的量子力学描述是否可被认为是完整的?》(Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?)——中,爱因斯坦(Albert Einstein)、鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolsky)、以及纳森·罗森(Nathan Rosen),提出了这个被后人称之为“EPR”的悖论。

  文章的结论是,单个粒子的量子纠缠是不可能的;或者物理现实的量子力学定义仍然需要一定的工作。

爱因斯坦错了:研究团队证实了单粒子的量子纠缠

格里菲斯大学的霍华德·怀斯曼教授。

  不过,格里菲斯大学(Griffiths University)量子力学中心的一支团队,刚刚证明了这绝对不是不可能的。

  借助零差探测器(维基百科)——该仪器可以测量波和波状特性——霍华德·怀斯曼(Howard Wiseman)教授和他的团队证实了波函数坍塌就是真实的效果。

  该团队将单个光子分割并放到了两个实验室,以测试“测量的选择是否会影响到另一实验室的量子态的改变”。

  而通过 6 组零差检测,他们能够定量验证波形崩溃和分裂后单个光子的纠缠——这也是对单粒子量子纠缠态的最有力证明。

  怀斯曼教授表示:“爱因斯坦从未接受过正统的量子力学,而这正是其单粒子说的原始基础,这也表明了证实单粒子非本地波函数坍缩的重要性”。

  怀斯曼解释到:“爱因斯坦的观点是,粒子永远只能在一个点上被更好地检测到(假设粒子曾经一度在某个点上),而不知波函数的瞬时坍缩与其它任何点都无关。

  不过,与单纯探测粒子存在与否不同的是,我们使用了零差测量,使得一方可以作出不同的测量。而在另一方,通过量子断层扫描,亦可测试这些选择的影响。

  通过这些不同的测量,你可以看到波函数以不同的方式坍塌,从而证明它的存在、以及爱因斯坦是错的”。

  这份研究的全文——《通过零差测量实验证明了非本地波函数坍塌》(Experimental proof of nonlocal wavefunction collapse for a single particle using homodyne measurements)——已发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

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