首張量子糾纏圖像亮相,英國物理學(xué)家們通過一套特殊的相機,能夠捕捉到光子,并完成了珍貴的量子糾纏影像。可能有些人并不知道量子糾纏是什么,簡單說下。量子糾纏則是愛因斯坦提出來的一種理論,在量子力學(xué)領(lǐng)域里,兩個相互作用的粒子會以一種極其特殊方式"糾纏"在一起,形成一種糾纏系統(tǒng),在這個系統(tǒng)里,無論相隔多遠,兩個粒子都會"瞬間"共享它們的物理狀態(tài)。
首張量子糾纏圖像
英國物理學(xué)家們通過一套特殊的相機,能夠捕捉到光子,并完成了珍貴的量子糾纏影像。這張照片的問世有望推動量子計算新興領(lǐng)域和新型成像技術(shù)設(shè)備的發(fā)展。
在量子力學(xué)領(lǐng)域,兩個相互作用的粒子——例如通過分束器的兩個光子,無論它們相隔多遠,仍能以一種非常奇怪的方式“糾纏”在一起,瞬間共享它們的物理狀態(tài)。這種聯(lián)系被稱為量子糾纏,是量子力學(xué)領(lǐng)域的基本現(xiàn)象之一,愛因斯坦曾將其稱為“幽靈般的超距作用”。
今天,雖然量子糾纏在量子計算和密碼學(xué)等實際應(yīng)用中“大顯身手”,但它從未被單張圖像捕獲過。最新研究中,格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家建立了一個復(fù)雜的實驗,用一張圖像捕捉到了量子糾纏現(xiàn)象。
研究人員設(shè)計了一套系統(tǒng),該系統(tǒng)朝著在液晶材料上顯示的“非傳統(tǒng)物質(zhì)”發(fā)射了源于一個量子光源的一束糾纏光子,這些液晶材料會在光子通過時改變光子的相位。
他們放置了一臺超靈敏的相機,能夠檢測單個光子。在看到光子和與它發(fā)生糾纏的“雙胞胎”同時出現(xiàn)時,相機拍攝了圖像,首次為光子糾纏留下了珍貴的影像,得到的圖像始終顯示兩個光子似乎相互反射并形成了一個指環(huán)形狀。
論文第一作者、格拉斯哥大學(xué)校物理與天文學(xué)院保羅-安東尼·莫羅博士說:“這張圖像是對自然基本屬性的優(yōu)雅展示,量子糾纏第一次以圖像的形式被看到,這一結(jié)果可推動量子計算新興領(lǐng)域的發(fā)展,并催生新型成像技術(shù)和設(shè)備?!?
可能有些人并不知道量子糾纏是什么,簡單說下。
量子是構(gòu)成物體中最基本的粒子,電磁波、光都是由量子構(gòu)成的,比如光子、電子等都是典型量子。
量子糾纏則是愛因斯坦提出來的一種理論,在量子力學(xué)領(lǐng)域里,兩個相互作用的粒子會以一種極其特殊方式"糾纏"在一起,形成一種糾纏系統(tǒng),在這個系統(tǒng)里,無論相隔多遠,兩個粒子都會"瞬間"共享它們的物理狀態(tài)。
當(dāng)一個粒子向左運動,那么與其糾纏在一起的另一個粒子會瞬間向右運動,這個"瞬間"是真實的瞬間,也就是說是一種"超光速"現(xiàn)象,愛因斯坦也稱其為"超光速的幽靈感應(yīng)"。
這種糾纏系統(tǒng)理論上是可以相隔無限遠的,2017年量子科學(xué)實驗衛(wèi)星墨子號將兩個量子糾纏的光子相距超過1200公里遠,還能保持量子糾纏的狀態(tài)。
這次英國物理學(xué)家拍攝了世界上第一張量子糾纏照片,確實是煞費苦心,研究人員使用的一種特殊的液晶材料,可以使光子通過時改變光子的相位,這樣與其糾纏的光子也會反方向移動。
這時候提前放置好的超級靈敏的照相機就派上用場了,這個相機也是極其特殊的,可以捕捉到單個光子,相機要在極其精準的時間內(nèi),把出現(xiàn)量子糾纏的2個光子運動給拍攝下來,經(jīng)過無數(shù)次實驗,最終他們拍攝出第一張光子糾纏的相片。
這張相片里,糾纏的兩個光子在互相反方向射出,形成了一個指環(huán)狀。
量子糾纏效應(yīng)的特殊性使得它極有可能成為信息傳遞的利器,就像這樣,如果有兩個盒子,一個盒子里裝了張紅紙,一個盒子里裝了張白紙,假如把一個盒子送到了火星上,你在地球上打開盒子,看到了白紙,那你瞬間就會知道火星上的盒子里裝的是紅紙。
量子糾纏傳遞信息就類似于這個例子,當(dāng)你看到這個光子自旋向上運動時,那你肯定知道糾纏光子是自旋向下運動的,這樣就能傳遞信息了,而且是即時性的傳遞。
但是以目前的科技還不可以控制糾纏光子的自旋方向,但是相信以后這種技術(shù)一定會出現(xiàn)的,等到那時候,信息傳遞的速度將是質(zhì)般的飛躍。
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