自制量子诡异作用

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


德国德累斯顿——如果不仅能读到关于量子力学的疯狂之处,还能亲眼看到它——甚至更好,亲手实践它——那该有多酷?几年前,我问过实验物理学大师保罗·克维亚特,他是否可以开发一个任何人都能在家做的简单演示,他和他的本科生瑞秋·基尔默提出了“量子擦除器”。本周,我看到了量子自制者时代迈出的又一大步。在德国物理学会会议的展览帐篷的一个展位里,位于慕尼黑的初创公司qutools展示了世界上最便宜的量子纠缠观察套件:远距离的诡异作用。虽然对于 DIY 爱好者来说仍然遥不可及(20,000 欧元或 28,000 美元),但该套件足够便宜,可以成为物理学 101 课程的标准设备,而且当你考虑到物理学家在 1970 年代首次观察到诡异作用时所经历的一切,这真是一个小型化的奇迹。“他们所做的事情让我非常兴奋,”位于密歇根州大急流城的卡尔文学院的物理教育创新者 David Van Baak 说。“我们已经过了纠缠只在研究型大学才有的阶段。它正在走向大众。”

我来参加这次会议的主要原因是参加由柏林弗里茨·哈伯研究所的实验物理学家 Uwe Becker 组织的,一些世界领先的量子物理学家和哲学家参加的研讨会 (pdf)。我有机会见到了包括巴黎郊外光学院的 Alain Aspect 在内的许多人——他是最早亲眼看到诡异作用的人之一。科学作家路易莎·吉尔德在她的小说 《纠缠的时代》 中生动地描述了他和其他先驱者所经历的一切。他们的实验占据了整个地下室实验室,不得不进行大规模的定制,看起来几乎像蒸汽朋克。阿斯佩和其他人不得不在大多数同事的怀疑甚至公然敌视的背景下完成这一切。


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他们的装置产生了成对的粒子,这些粒子就像魔术硬币一样:当在实验室的相对两侧同时翻转时,两个硬币总是出现同一面,要么都是正面,要么都是反面。阿斯佩的装置每秒产生大约 100 次诡异的巧合。qutools 套件可以放在客厅的边桌上,观察到的巧合次数是其 10 倍以上。

这些装置可以以一种排除显而易见的解释的方式进行翻转——例如,粒子被预先编程为以它们的方式表现,或者在它们之间传递了一些隐藏的信号。通过物理学家尚未掌握的方式,尽管粒子之间存在距离,但它们作为一个不可分割的单元发挥作用。日内瓦大学的量子先驱尼古拉斯·吉辛认为,随着物理学家对这种现象的熟悉,理解将会到来。他说他已经注意到他的学生比他那一代人更能适应纠缠。“年轻人觉得它很迷人,但并没有完全感到惊讶,”他说。“这里的孩子们说,事情就是这样。”因此,像 qutools 这样的套件加速了我们最终弄清楚该理论真正含义的那一天,疯狂成为日常。

摄影:George Musser

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