首张量子纠缠照片诞生!它能证明爱因斯坦错了,还能证实心灵感应存在?

 新闻资讯     |      2019-07-22 12:51

关于凯发娱乐量子的学说对于许多普通人来讲都显得高深莫测。近日,科学家公布了迄今为止拍摄到的第一张量子纠缠的照片。

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(图源:格拉斯哥大学)

现在,格拉斯哥大学的一组物理学家们第一次拍摄到了量子纠缠(又名钟形纠缠)的图像。

在这样做的过程中,他们成功地捕捉到了这一现象的第一个视觉证据,这一现象甚至会让爱因斯坦本人也感到困惑。

最近发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一篇论文描述了他们的发现,题为《成像钟型非局部行为》(Imaging Bell-type nonlocal behavior)。

这项研究由保罗-安托万·莫罗(Paul-Antoine Moreau)博士领导,他是格拉斯哥大学(University of Glasgow)莱佛胡姆学院(Leverhulme)的一名早期职业研究员,包括格拉斯哥物理与天文学院(School of Physics & Astronomy)的多位研究人员。

量子纠缠描述了这样一种现象:两个相互作用的粒子可以通过它们的量子态保持连接,无论它们相距多远,都可以瞬间共享它们的物理状态。

这种联系是量子力学的核心,尽管它违反了局部实在论的概念和狭义___的许多元素。

到1964年,约翰·贝尔爵士通过形式化非局域相互作用的概念和描述一种强烈的纠缠形式,扩展了先前理论家的工作。这将被称为钟形纠缠,这个概念被用于多种科学应用——如量子计算和密码学。

然而,直到现在,它从来没有被捕捉到一个单一的图像。

正如莫罗博士在格拉斯哥大学的一份新闻稿中所说:

“我们成功捕捉到的这张照片优雅地展示了自然的基本属性,这是我们第一次以图像的形式看到它。这是一个令人兴奋的结果,可以用来推进量子计算的新兴领域,并引导新型成像的方向。”

为了他们的研究,研究小组设计了一个系统,在这个系统中,一束纠缠的光子从一个量子光源发出。

然后,这条光流穿过一系列“非常规物体”,这些“非常规物体”指的是液晶材料,它们在光子通过时改变光子的相位。

该装置还包括一个超灵敏的摄像头,能够检测单个光子并捕捉它们的图像。然而,这台相机只有在同时捕捉到一个光子和它纠缠的孪生光子时才会拍照。

通过这样做,实验有效地创建了一个可见的两个光子纠缠的记录。

这项研究的结果为利用钟形纠缠的量子成像技术打开了一扇全新的大门。它在量子信息领域(即量子计算和密码学)也有意义。

爱因斯坦不相信的“量子纠缠”

20世纪30年代,德高望重的理论物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)重返量子力学领域,他的___帮助创立了量子力学。

爱因斯坦希望发展出一个关于粒子如何运动的更完整的理论,但是他并不喜欢量子纠缠这个概念——他把量子纠缠描述为“远距离的幽灵行为”。

量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象,虽然粒子在空间上可能分开。纠缠是关于量子力学理论最著名的预测:它描述了两个粒子互相纠缠,即使相距遥远距离,一个粒子的行为仍然将会影响另一个的状态。当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。

爱因斯坦对量子理论引入的不确定相当恼火,并把它的后果比喻为上帝掷骰子。在著名的爱因斯坦与玻尔之间的论战中,爱因斯坦说:“上帝不掷骰子。”他拒绝承认宇宙的运行方式是如此奇怪、看起来如此随机。

玻尔却反驳道:“亲爱的爱因斯坦,不要指挥上帝做什么。”

尽管爱因斯坦心存疑虑,量子纠缠仍然成为量子力学中被广泛接受的一部分。

20世纪70年代以来,物理学家们已经进行了一系列精确的实验,让学界越来越能够接受量子纠缠效应的存在。

2015年,荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)的科学家们将两颗钻石分别放置在代尔夫特理工大学操场对立的两边上,中间相隔1.3公里。每一个钻石中均包含了一个微小的单电子捕捉器。研究者用微波脉冲和激光让电子纠缠。操场两端的探测器之间的距离确保了在测量所需的时间内信息不能靠传统的方法发生交换。

不过,尽管该实验声称“没有漏洞”,但部分科学家还是并不确定这一点。麻省理工学院的大卫•凯瑟尔(David Kaiser)博士就表示,实验的一个潜在缺陷在于,研究人员用来增加测量随机性的电子系统事实上可能仍然是被预先决定的,决定的方式或许微妙而难以觉察,这意味着实验结果也可能还是像爱因斯坦所相信的那样,是提前决定的。

如果无法确切证明量子纠缠效应的存在,那么爱因斯坦提出的任何信息传递的速度都无法超过光速的规则就依然成立。

2018年,芬兰阿尔托大学的物理学家让两个肉眼几乎可见、直径为15微米的圆形振动铝片发生了持续30分钟的量子纠缠,这是首次在人类制造的肉眼可见的结构中看到量子纠缠。

同年,牛津大学的研究人员介绍了他们对物理学家David Cole在2016年做过的实验进行了检查。该实验似乎发现了一种“生物体中的量子纠缠现象”。牛津团队表示,经过分析,该实验似乎是站得住脚的。

量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术,与超光速传递信息相关。这种技术有望让人们制造出“量子互联网”这一实际应用。

随着计算机技术越来越强大,传统加密方法正经受挑战,而需要严格信息保密的互联网和电子商务等领域的安全问题也显得更加关键。

设想中的量子通信网络是由一连串环绕全球、相互纠缠的粒子组成的。这样的网络能让人们安全地共享密钥,并且可以确凿无疑地发现窃听企图。

量子纠缠意味着心灵感应存在?

心灵感应(telepathy),源于古希腊语,是1882年英国“心灵调查协会”的专家弗雷德里克迈雅斯提出的,它被认为是一种不通过感官,而以某种不可见的方式在人与人之间传递信息、交流思想的能力,是一种超感官知觉,又称心电感应。心灵感应常和远视、读心、预知等类似现象被归为一类, 统称为超心理学(parapsychology)。

虽然“心灵感应”是一种未经证实的说法,但很多人都相信它切实存在。我们能看到不少人都声称自己有过心灵感应的经历:亲人过世或出事时,自己或父母就会莫名心慌、不安、身体难受等等。

这种所谓的“心灵感应”似乎与量子纠缠存在一定的共同点,都是相隔遥远以未知的方式互相传递信息。因此,有不少人认为,量子纠缠的存在就是心灵感应的科学依据。

不过,量子纠缠很不稳定。量子纠缠的粒子对一旦被观测,就会坍缩,失去纠缠,这也是人们还为什么无法使用量子纠缠技术传输信息。

因此,科学界并不支持心灵感应这种现象的存在。目前关于心灵感应的现象有许多假说,有人称熟悉、亲密的人之间脑电波或许会不知不觉地同步化,有人称这可能是因为共享了集体意识,还有假说表示心灵感应仅仅是伴随着深度幻觉而产生的画面。

不管其原理究竟是什么、是否真实存在,以目前所见,心灵感应都很难和量子纠缠扯上边,更遑论“证实”心灵感应的存在了。

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