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中国科学家再登《science》,他们要给爱因斯坦答疑解惑-梦之网科技 梦之网科技20开心时时彩9-09-20文章动态

科技日报记者 陆成宽

我国科学家利用“墨子号”率先开展引力诱导量子纠缠退相干实验检验。

量子纠缠?

量子退相干?

中国科学家再登《science》,他们要给爱因斯坦答疑解惑-梦之网科技

其实要弄懂它们,并不难

我们来做这样一个比喻

把纠缠在一起的两个粒子

比作一对热恋中的情侣

此时,他们缠绵在一起,

你心中有我,我心中有你。

即使远隔千里,

仍然互相思念着对方。

这就是量子纠缠

接下来假设

这对情侣对彼此的思念是可以量化的,

比如,他们处在热恋期,

对彼此的思念都是开心时时彩00分。

然而,不幸地是,

男方身边最近出现了一位美女,

他们之间聊的很好,

渐渐地男方对这位女子有了感觉。

那么,新出现的美女

就对这对情侣之间的缠绵造成了干扰。

随着时间推移,

退相干相当于男方对女友的感觉逐渐淡化,

此时这对情侣的思念就成了慢慢减少。

最后,男方提出分手,

那么这对情侣就没有了纠缠。

中国科学技术大学潘建伟团队等国内外研究人员合作,利用“墨子号”量子科学实验卫星对一类预言引力场导致量子退相干的理论模型进行实验检验。这是国际上首次利用量子卫星在地球引力场中对尝试结合量子力学与广义相对论的理论进行实验检验。相关研究成果于北京时间9月20日在《科学》杂志上以“First Release”形式在线发表。

阿里地面站与墨子号卫星进行星地实验的场景,绿色光为卫星发射的信标光、红色为地面发射的信标光

量子力学和引力理论是现代物理学的两大支柱。他们在各自的领域都取得了巨大成功。但是任何试图将他们融合的理论工作都遇到极大困难。

在目前已知的四种基本相互作用中,电磁、弱相互作用和强相互作用都已量子化,而且已经统一。唯有关于引力作用的量子化问题一直悬而未决,解决、或对于这一问题的正确理解将有助于建立关于四种基本相互作用的大统一理论。这是物理学界包括爱因斯坦在内的众多科学家所关心的最为重要的问题之一。

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实验场景,地面为了提高信号光强度,采用三台设备联合工作,照片中有两台望远镜同时向卫星发射信标光

目前关于如何融合量子力学和引力理论的讨论,模型众多,但都缺乏实验检验,无法验证,严重阻碍了科学的发展。一个主要的原因是因为这些理论模型的预言都只能在极端实验条件下检验,比如在极小空间尺度开心时时彩0-35米,比电子半径开心时时彩0-开心时时彩5米还小了20个数量级,或者是极高能标开心时时彩0开心时时彩6TeV(万亿电子伏),而当前大型强子对撞机如LHC也只能将质子的能量提升至开心时时彩0 TeV量级,这些都远远超出目前可以到达到的实验条件。

广义相对论预言了一类奇异的时空结构,这种时空结构会出现违背因果律的行为——回到过去,如同科幻小说中的“时间机器”。而在量子引力理论中这类时空结构尤为重要,因为该结构在原则上可以由量子引力的时空几何涨落形成。

但是时间机器对因果律的破坏将引起许多逻辑悖论,为避免这一问题,美国著名物理学家Polchinski最早提出了理论解决方案。他指出,经典物体在这类时空结构中存在一种特殊、自洽的演化过程,不会产生逻辑悖论。美国物理学家Politzer和英国物理学家Deutsch等人对该理论进行了推广,研究了量子态在这类时空结构中的自洽演化行为。

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用于与墨子号进行量子通信的阿里地面站望远镜

在此基础上,澳大利亚物理学家拉夫等人进一步提出了一个被称为“事件形式” (event formalism)的理论,该理论认为量子态在奇异时空和平直时空中的演化是不同的,引力可能导致量子纠缠态发生退相干现象,并预言地星之间分发的纠缠光子对会发生退相干现象。

假设在地球表面制备了一对纠缠光子对,其中一个光子穿过局域平直时空,在光源附近的地表传播;而另一个光子穿过地球引力场形成的弯曲时空,传播到卫星。依据现有的量子力学理论,所有纠缠光子对将保持纠缠特性;而依据“事件形式”理论,纠缠光子对之间的关联性则会概率性地受到损失。

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实验工作者以及阿里地面站与墨子号的星地对接场景

文章关键词
量子
爱因斯坦
量子纠缠
墨子号
量子力学