量子力学重磅突破 宏观物体量子纠缠证据确凿

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日期:2021-05-11 10:39:53    来源:科技日报    

美国《科学》杂志近日发表两项量子力学重磅突破:其中一项研究,科学家发现了宏观物体量子纠缠的直接证据;另一项研究则实现了对不确定性原理的“规避”,而这正是量子力学的基本定律之一。这两项实验都以确凿的证据证明了宏观物体也可以实现量子纠缠,不但有望在未来量子网络中提供长期网络节点,还能极大地推动暗物质与引力波探测相关技术研发。

如果说量子力学有什么“令人讨厌”之处,那就是人们会认为这一领域很大程度上如同“想象”的学科——在现实中几乎不可能看到。实际上,量子力学不仅仅是微观的理论,我们所知的所有物质,从根本上来说都是量子。但不得不承认,奇怪的量子效应在大于几个原子的任何事物中都很难观察到。因此,找寻宏观物体的量子效应的证据,也成为物理学家们的一大目标。

此次,在《科学》刊登的其中一项研究中,美国国家标准技术研究所团队使用微波脉冲让两张小的铝片膜进入量子纠缠状态。该铝片膜的尺寸为每张长20微米,宽14微米,厚度100纳米,质量为70皮克,相当于大约1万亿个原子的质量——尽管非常微小,但以量子的标准而言,它们已经达到了相当大的尺度。

在施加脉冲微波后,铝片膜维持了大约1毫秒的量子状态,团队成员仔细分析了反射的微波。通常来讲,反射回的微波应是随机的,但是当他们将结果绘制成图、对比两者信息时,却发现两张铝片膜看似无规律的振动之间,其实存在着高度的关联性。这一点只有量子纠缠才做得到,也就是两张铝片膜发生了量子纠缠。此后,团队又进行了1万次重复实验。

在另一项研究中,芬兰阿尔托大学等研究机构组成的联合团队在8毫开尔文的温度下,让两个铝鼓膜进入长时间、相对稳定的纠缠态。研究人员可以对同一个纠缠态进行多次测量,实现了“规避”量子力学中的不确定性原理。

研究人员表示,如果将两个鼓视为一个量子力学实体,那么其运动状态的不确定性就被消除了。但实验中没有任何地方违反不确定性原理,他们是选择了一组特定的、不会被该原理“禁止”的参数。(记者张梦然)

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