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2022-10-11 11:44:41 yqs888 0

首页-安信10娱乐|安信10平台|安信10注册登录河北隆凡玻璃钢制品有限公司报道,近日,瑞典皇家科学院宣布,将2022 年诺贝尔物理学奖授予阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)、约翰·克劳泽(John F. Clauser)和安东·塞林格(Anton Zeilinger),以表彰他们“用纠缠光子进行实验,确立了贝尔不等式的违背,开创了量子信息科学”。

以下为诺贝尔奖委员会对此次获奖工作官方介绍文件(通俗版)全文翻译。



量子力学的基础不仅仅是一个理论或哲学问题。利用单粒子系统的特殊性质来构建量子计算机、改进测量、建造量子网络和安全的量子保密通信,这些研究和进展正在蓬勃发展之中。

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量子纠缠

许多应用依赖于量子力学的一个独特性质:允许两个或更多粒子存在于一个共享的状态,无论它们相距多远。这就是所谓的“纠缠”。自从量子力学建立以来,它一直是争论最多的主题之一,阿尔伯特·爱因斯坦称其为“幽灵般的超距作用”,埃尔温·薛定谔认为这是量子力学最重要的特征。

今年的获奖者对纠缠的量子态进行了探索,他们的实验为目前正在进行的量子技术革命奠定了基础。


远离日常经验

当两个粒子处于量子纠缠态时,对其中一个粒子的性质进行测量,无需检测就可以立即知道如果对另一个粒子进行同等测量将会得到什么结果。

初看起来,这也许并无奇怪之处。将粒子看作小球,我们想象这样一个实验:其中的黑球朝一个方向行进,而白球朝相反方向行进。如果观察者接住了一个球、看到它是白色的,那么可以立即得知:向另一个方向行进的球是黑色的。

而量子力学的奇特之处在于,在被测量之前,量子版本的“小球”没有确定的状态。这就好像两个球都是灰色的,直到有人看了其中一个球。这时,这个球就会随机地或者获得两个球的所有黑色元素或者显示为白色,而另一个球同时变成相反的颜色。

但是,怎么可能知道这些球一开始就没有一个被设定好了的颜色呢?即便它们看起来是灰色的,也许在它们内部有一个“隐藏的标签”,规定好了当有人看它们时,它们应该变成哪种颜色。


无人观看之时,颜色是否存在?

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量子力学中的纠缠对可以比作一台把相反颜色球向相反方向投掷的机器。当鲍勃抓到一个球、看到它是黑色的,他立即就可以知道爱丽丝抓到的是白色的球。有一种理论,它引入了隐藏变量,也就是说,这些球一直包含着关于显示什么颜色的隐藏信息。然而量子力学却说,这些球是灰色的,直到有人看它们——这时,随机地,其中一个变成白色,另一个变成黑色。

贝尔不等式表明,有一些实验可以区分这些情况。这些实验最终证明了,量子力学的描述是正确的。


今年诺贝尔物理学奖所奖励的研究中,一个重要部分是叫做“贝尔不等式”的理论见解。是量子力学的不确定性,还是具有某种秘密指令(或说隐变量)的另一种理论?贝尔不等式能让我们对其进行区分。实验已经表明,大自然正如量子力学所预测的那样运行。球是灰色的,没有秘密信息,概率决定了在实验中哪些球变成黑色、哪些变成白色。


量子力学的最重要资源


纠缠的量子态给如何存储、传输和处理信息带来了新的可能。

如果纠缠对中的粒子朝相反的方向行进,其中一个粒子以某种方式与第三个粒子相遇而使得它们产生了纠缠,这时有趣的事情发生了。它们会进入一种新的共享状态。第三个粒子失去了其特征,但它原来的性质现在已经转移到了原来纠缠对中现在“落单”的那个粒子上。将未知量子态从一个粒子转移到另一粒子的这种方式被称作“量子隐形传态”。这类实验由安东·塞林格及其同事在 1997 年首次完成。

值得注意的是,量子隐形传态是将量子信息从一个系统转移到另一系统而没有任何损失的唯一方法。想要测量出一个量子系统的所有性质,然后将其传输给接收者来重建整个系统,这是绝对不可能的。这是因为一个量子系统可以同时包含每个性质的多个“版本”,每个版本在测量中都有一定的出现概率。而一旦执行了测量,就只剩下一个版本,即被测量仪器读取的那个。其他的已经消失,不再可能知道它们的任何事情。然而,完全未知的量子性质可以通过量子隐形传态来传输,它将完好无损地出现在另一个粒子上,其代价是在原粒子中消失殆尽。

一旦这在实验中被证实,下一步就是使用两个纠缠粒子对。如果每个粒子对中的一个粒子以一种特殊的方式被聚集到一起,那么每个粒子对中未受扰动的那个粒子就会纠缠在一起,尽管它们从未相互接触过。这种纠缠交换在 1998 年由安东·塞林格的研究小组首次证实。



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