突破性量子力学实验: 两个箱子里的薛丁格的猫同时是死的也是活的

涨姿势 Mr.R 3年前 (2016-07-14) 1332次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

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在做这项研究时,没有猫受到伤害。

如果量子力学有一个吉祥物,一定就是薛丁格的猫(Schrödinger’s cat)。现在,著名的思想实验被提升来解释一个有史以来第一次完成的更为怪异的系统:在双模态迭加(two-mode superposition)里,一个在空间上分离的光子纠缠系统。

虽然它可能听起来像是科学上的胡言乱语,这个新系统是相当突破的。它显示研究人员能够驾驭复杂的量子态,而且这项发表于科学期刊的发现,已经应用在计算以及远距离通讯。

但是,猫是如何被卷进来的呢?薛丁格的猫解释这个难以理解的量子迭加现象(quantum superposition)。在思想实验里,想象中的猫被锁在一个有毒药玻璃瓶的箱子里,被一个二元的量子力学程序所启动,像是一个量子开关的开或关。但直到它被观察,这个程序是处在一个迭加的状态,意味着它以一个所有状态的组合存在,它是同时开着和关着。

猫的状态端赖量子力学。所以,它不是活的,它不是死的,它是同时活的和死的。因此,这只”量子猫(quantum cat )”是双模态迭加的一个状态。

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为了造出新的状态,耶鲁大学(Yale University)的研究人员使用量子力学的另一个怪癖:纠缠(entanglement)。纠缠粒子无法单独被描绘,即使它们是分离的、它们表现得像是一个单一系统。当一个粒子的特性被量测,这个系统瞬间倒塌。由于没有信息被转换,所以不违背相对论。

研究小组在一个非常特定的波(wave)造出这个纠缠量子猫的状态。他们使用两个分离的波的凹处(想想高科技的微波炉),只在一个特定的波长放射出光粒子。这两个凹处由一个超导电流(supercurrent,没有耗损的电流)连结,允许在两个凹处的光子变成纠缠。这只猫现在是活的,也是死的;而且同一时间在两个箱子里。

在一个凹处的光子接着被迫进入一个迭加状态,然后研究人员观察在另一个凹处的光子。使用多达80个光子,这个纠缠猫的状态能够被造出来,但研究人员认为能够做出更大的系统。

这样一个大系统的建造,是另一项大的成就。宏观量子凝聚态(macroscopic quantum coherence states)展示出以每日尺度的量子特性,能够在科技中被驾驭。雷射和超导体是高度凝聚系统的例子。

研究小组相信这类的状态是量子程序所需要的逻辑操作结构的第一步,从而带领我们向量子计算机更靠近一步。


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