量子物理学是关于极小事物的科学。但物理学家正在使其变大,为他们能够使其表现出量子效应的物体的大小和能量设定记录。
现在,奥地利维也纳大学的物理学家们已经“虚拟地纠缠”或纠缠了两个以比以往任何时候都快的速度向相反方向旋转的粒子。当两个粒子保持连接时就会发生纠缠,因此对其中一个粒子执行的操作会影响另一个粒子,尽管它们之间存在距离。(爱因斯坦将这种怪异的联系称为“远距离的幽灵般的动作”。)
在这项新的研究中,安东·菲克勒和他的同事纠缠了两个光子,这两个光子具有高的轨道角动量,这是一个测量光波扭曲的属性。在量子物理学中,诸如光子之类的粒子可以表现为粒子和波。
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“这是开发新技术的垫脚石,”量子光学和量子信息研究所所长安东·蔡林格说,他也是该研究的合著者,该研究详见11月5日出版的《科学》杂志。
此类纠缠实验已经进行了数十年。但在这种情况下,研究人员做了一些稍微不同的事情。他们创造了纠缠的光子,并赋予它们大量的角动量,比以往任何实验都多。
通常,光子中包含的能量非常小:其量子数很低。在高能量下,这种情况会发生变化。当量子数变高时,量子物理学和“正常”或经典物理学开始看起来相似;这被称为对应原理,它适用于物理学的许多领域。
为了产生纠缠的光子,菲克勒和他的团队将激光通过一个分束器,将激光束分成两束。两个光子被送到不同的光纤中,它们的波被扭曲、扭曲、再扭曲一些,增加了它们的角动量——想象一个像螺旋一样形状的波,旋转得越来越快。[扭曲的物理学:7个令人兴奋的发现]
最终,光子中存在足够的角动量,它们的量子数——测量其动量的单位——相差600倍,这是一个比以往任何时候都高的值。与此同时,以相反方向快速旋转的光子仍然是纠缠的。
他们知道这一点,因为当粒子纠缠时,测量一个粒子的量子态(在这种情况下是角动量和方向)会立即告诉你另一个粒子的量子态,无论它在哪里。由于他们有能力测量两者,研究人员可以确认纠缠。
(尽管粒子之间的这种信息传递是瞬间的,但纠缠不能用于超光速通信,因为不可能像在消息中那样预先设置量子态)。
这表明,可以在高能量下看到纠缠效应,这意味着更接近我们所了解和与之交互的宏观世界。“这意味着我们必须对对应原理持保留态度,”蔡林格说。
同样重要的是,该实验表明,应用某些类型的量子效应的唯一障碍是技术上的——没有物理原因可以阻止人们在高能量下看到量子现象,以至于它们会渗入可见世界,尽管这需要一些时间才能实现。
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