首張量子糾纏圖像

英國(guó)物理學(xué)家們通過(guò)一套特殊的相機(jī)，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(wèn)世有望推動(dòng)量子計(jì)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(gè)相互作用的粒子——例如通過(guò)分束器的兩個(gè)光子，無(wú)論它們相隔多遠(yuǎn)，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(ài)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(jì)算和密碼學(xué)等實(shí)際應(yīng)用中“大顯身手”，但它從未被單張圖像捕獲過(guò)。最新研究中，格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家建立了一個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，用一張圖像捕捉到了量子糾纏現(xiàn)象。

研究人員設(shè)計(jì)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(gè)量子光源的一束糾纏光子，這些液晶材料會(huì)在光子通過(guò)時(shí)改變光子的相位。

他們放置了一臺(tái)超靈敏的相機(jī)，能夠檢測(cè)單個(gè)光子。在看到光子和與它發(fā)生糾纏的“雙胞胎”同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，相機(jī)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(gè)光子似乎相互反射并形成了一個(gè)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(shuō)：“這張圖像是對(duì)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(dòng)量子計(jì)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(jiǎn)單說(shuō)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(ài)因斯坦提出來(lái)的一種理論，在量子力學(xué)領(lǐng)域里，兩個(gè)相互作用的粒子會(huì)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(gè)系統(tǒng)里，無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，兩個(gè)粒子都會(huì)"瞬間"共享它們的物理狀態(tài)。

當(dāng)一個(gè)粒子向左運(yùn)動(dòng)，那么與其糾纏在一起的另一個(gè)粒子會(huì)瞬間向右運(yùn)動(dòng)，這個(gè)"瞬間"是真實(shí)的瞬間，也就是說(shuō)是一種"超光速"現(xiàn)象，愛(ài)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(wú)限遠(yuǎn)的，2017年量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào)將兩個(gè)量子糾纏的光子相距超過(guò)1200公里遠(yuǎn)，還能保持量子糾纏的狀態(tài)。

這次英國(guó)物理學(xué)家拍攝了世界上第一張量子糾纏照片，確實(shí)是煞費(fèi)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(guò)時(shí)改變光子的相位，這樣與其糾纏的光子也會(huì)反方向移動(dòng)。

這時(shí)候提前放置好的超級(jí)靈敏的照相機(jī)就派上用場(chǎng)了，這個(gè)相機(jī)也是極其特殊的，可以捕捉到單個(gè)光子，相機(jī)要在極其精準(zhǔn)的時(shí)間內(nèi)，把出現(xiàn)量子糾纏的2個(gè)光子運(yùn)動(dòng)給拍攝下來(lái)，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，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(gè)光子在互相反方向射出，形成了一個(gè)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(gè)盒子，一個(gè)盒子里裝了張紅紙，一個(gè)盒子里裝了張白紙，假如把一個(gè)盒子送到了火星上，你在地球上打開(kāi)盒子，看到了白紙，那你瞬間就會(huì)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(gè)例子，當(dāng)你看到這個(gè)光子自旋向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，那你肯定知道糾纏光子是自旋向下運(yùn)動(dòng)的，這樣就能傳遞信息了，而且是即時(shí)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(huì)出現(xiàn)的，等到那時(shí)候，信息傳遞的速度將是質(zhì)般的飛躍。

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