北京時(shí)間10月4日下午，2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，由法國(guó)學(xué)者阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect） 、美國(guó)學(xué)者約翰·克勞澤（JohnClauser）和奧地利學(xué)者安東·澤林格（AntonZeilinger）共同獲得，以表彰他們“用糾纏光子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證偽貝爾不等式，開(kāi)創(chuàng)量子信息科學(xué)”。
在此獎(jiǎng)項(xiàng)出爐后，10月4日，瀟湘晨報(bào)專(zhuān)訪(fǎng)了湘潭大學(xué)物理與光電工程學(xué)院副教授彭杰。彭杰講述了在這些艱深的學(xué)術(shù)名詞背后，愛(ài)因斯坦曾反對(duì)量子糾纏理論，而青年學(xué)者用實(shí)驗(yàn)證實(shí)量子糾纏是真實(shí)存在的故事。
愛(ài)因斯坦稱(chēng)量子糾纏是“幽靈般的超距作用”
(資料圖片僅供參考)
根據(jù)量子力學(xué)，兩個(gè)或多個(gè)粒子能夠處于糾纏態(tài)，它們存在某種關(guān)聯(lián)，無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的性質(zhì)發(fā)生變化，另一個(gè)能瞬間“感知”到它的狀態(tài)，從而發(fā)生相應(yīng)的變化。人們只要測(cè)量其中一個(gè)粒子的特性，那么就可以立即確定另一個(gè)粒子的等效測(cè)量結(jié)果。
彭杰表示，自從該理論提出以來(lái)，就一直是量子力學(xué)中爭(zhēng)論最多的元素之一。愛(ài)因斯坦就曾強(qiáng)烈反對(duì)該理論，稱(chēng)之為“幽靈般的超距作用”。
愛(ài)因斯坦做了一個(gè)非常理所當(dāng)然的“定域性假設(shè)”：一個(gè)粒子的屬性只局限在這個(gè)粒子上，而此處發(fā)生的事情必須經(jīng)過(guò)在空間中的傳播才能影響彼處發(fā)生的事情，并提出隱變量理論來(lái)替代糾纏理論。打比方說(shuō)，有一副手套，一個(gè)是左手，一個(gè)是右手。人們把兩個(gè)手套分別放在兩個(gè)箱子里，一個(gè)箱子放在地球，一個(gè)放在月球。我打開(kāi)地球這個(gè)箱子的時(shí)候，也能知道月球上那個(gè)手套是左手的還是右手的。但這是一開(kāi)始就已經(jīng)定好了的，而不是因?yàn)闇y(cè)量才導(dǎo)致的。
當(dāng)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題也被歸為哲學(xué)問(wèn)題。看起來(lái)愛(ài)因斯坦的理論也更易被人們理解，但真相究竟如何呢？
一心想推翻量子力學(xué)的青年學(xué)子“推翻”了愛(ài)因斯坦
據(jù)紀(jì)錄片《超乎想象的宇宙》，1967年，還在哥倫比亞大學(xué)讀書(shū)的約翰·克勞澤即將獲得天體物理學(xué)的博士學(xué)位，他唯一面對(duì)的阻礙，就是量子力學(xué)的成績(jī)。在這部紀(jì)錄片中，約翰·克勞澤坦言：“當(dāng)我還是研究生的時(shí)候，我竭盡所能也不能理解量子力學(xué)?！?/p>
有一天，他發(fā)現(xiàn)了一篇發(fā)黃老舊的文獻(xiàn)，作者是鮮為人知的愛(ài)爾蘭物理學(xué)家約翰·貝爾。貝爾提出如果可以制造一個(gè)可以創(chuàng)造和對(duì)比糾纏粒子的機(jī)器，就可以知道究竟孰是孰非。一心想要推翻量子力學(xué)的克勞澤，于是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量出數(shù)千對(duì)的糾纏粒子，并且從不同的角度對(duì)比它們的旋轉(zhuǎn)。
最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓克勞澤崩潰，因?yàn)樗C明了量子糾纏真實(shí)存在，量子可以跨越空間彼此相連。
隨后，當(dāng)時(shí)同樣是年輕學(xué)生的法國(guó)人阿蘭·阿斯佩對(duì)約翰·克勞澤的實(shí)驗(yàn)漏洞進(jìn)行改進(jìn)，做了更精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)，同樣證明了量子糾纏理論是正確的，徹底否定了愛(ài)因斯坦的隱變量理論。
至此，科學(xué)家又開(kāi)始思考：是否可以利用糾纏理論中的遠(yuǎn)距離作用來(lái)做些有用的事呢？比如隱形傳態(tài)，即信息載體本身不動(dòng)，利用糾纏來(lái)傳遞信息。
奧地利學(xué)者安東·澤林格用實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了糾纏理論的正確性，并把糾纏理論用到了實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了隱形傳態(tài)?，F(xiàn)在，具有兩個(gè)以上粒子的系統(tǒng)（所有粒子都糾纏在一起）正在進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，比如通過(guò)數(shù)十千米光纖發(fā)送的光子之間，以及衛(wèi)星和地面站的光子之間都能建立糾纏態(tài)。
2017年6月16日，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào)首先成功實(shí)現(xiàn)兩個(gè)量子糾纏光子被分發(fā)到相距超過(guò)1200公里的距離后，仍可繼續(xù)保持其量子糾纏的狀態(tài)，并于今年實(shí)現(xiàn)了隱形傳態(tài)。
彭杰表示，他在給學(xué)生上量子力學(xué)課時(shí)，經(jīng)常給學(xué)生講三位科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明量子糾纏正確的故事，并借此告誡學(xué)生：“什么事情不要想當(dāng)然，要相信實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，不管你覺(jué)得這個(gè)東西有多么的荒謬，只要它是符合實(shí)驗(yàn)的，就必須去接受它?！?/p>
彭杰還表示，第一次量子革命給了我們晶體管和激光，借助操縱糾纏量子系統(tǒng)的現(xiàn)代工具，人類(lèi)正在進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。
瀟湘晨報(bào)記者李楠
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標(biāo)簽： 愛(ài)因斯坦 量子糾纏 量子力學(xué) 隱形傳態(tài) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
