科学家刚刚踢出了著名的薛定谔的猫思想实验更进一步,将那只可怜的老猫切成两半,将其放入两个盒子中,并确认它仍然生存 - 并且没有 - 即使有两个他。
您想知道这个实验的最佳部分吗? 该团队将整个事情从纯理论领域中解放出来,并在实验室中进行了实际执行。 但不用担心,在此过程中没有猫受到伤害。
在我们真正深入研究新实验的细节之前,让我们先回顾一下原始实验的基础知识薛定谔的猫思想实验。
假设的场景是,你将一只活猫放入装有炸弹的防爆盒中。 在你打开盒子之前,你不会知道炸弹是否爆炸而猫死了,或者炸弹没有爆炸而猫还活着。
从我们的角度来看,只要盒子关闭,猫就占据着两个现实。 它是死的又是活的,因为我们无法确认哪一个,但我们知道不可能两者都不是。
在量子物理学中,同时处于两种不同的状态被称为叠加态,它是量子力学的全部基础量子计算,这将彻底改变我们未来处理数据的方式。
当然,通过打开盒子,我们无法改变里面已经发生的事情的现实——死了的就死了,而活的就真的很生气,你把它放在装有爆炸物的盒子里是活的,而且真的很生气你把它放在一个装有爆炸物的盒子里。
关键是,实际上,只有一个真正的选择,但在我们观察到这一现实之前,两个选项均成立。 对于所有这些的快速概述,观看下面的 MinutePhysics 视频:
好的,这就是薛定谔猫实验的基础。 研究人员现在已经将其从假设的领域中取出,并在实验室中进行了实验,不是用真正的猫,而是用微波光子形式的电磁波。
正如量子粒子可以叠加存在一样——这给整个猫实验带来了一些实际应用,即计算并了解宇宙最小组成部分的行为 - 电磁波也可以。
光子可以偏振垂直和水平同时,直到有人真正测量它们的偏振,微波光子也可以被诱导进入这种类似猫的状态。
“正常情况下,盒子里的电磁波会产生强度振荡,就像钟摆一样来回摆动。”约书亚·索科尔解释说新科学家。 “但是可以将相反的波引入盒子中,创建一个同时做两件看似矛盾的事情的猫状态。”
这就是耶鲁大学王晨领导的物理学家团队所做的,以在现实中展示薛定谔猫思想实验的基础知识。 “这个的机械类比是一个同时向左和向右摆动的钟摆,”他告诉索科尔。
但一旦他们明白了这一点,团队就更进一步,问:“如果有两只猫怎么办?”
他们通过建造两个铝制腔体(盒子)并在其中释放微波质子来做到这一点。 这些腔体通过超导蓝宝石芯片和铝电路连接,提供了一种质子可以穿过的“隧道”。
诀窍在于,它可以打开或关闭,并且根据该状态,质子将以不同的频率振荡。 “不过,这是量子世界,连接桥可以同时‘开’和‘关’,”索科尔说。
“一旦发生这种情况,两个空腔将同时具有两个频率,”王告诉他。
当两个盒子之间的链接被关闭时,研究小组发现两个盒子中的光子仍然是相连的——被锯成两半的猫仍然表现得像原来一样 w洞,就像那个老魔术师的把戏一样。 基本上,“猫”不在一个盒子或另一个盒子里,而是在两个盒子里,因为它们有着千丝万缕的联系。
“科学家测量了产生的猫状态,发现保真度为 81%,这是衡量该状态与理想猫状态有多接近的指标,”艾米丽·康诺弗 (Emily Conover) 解释说科学新闻。
这怎么可能? 进入纠缠,量子物理学的一个核心概念,它允许局部观察瞬间改变远处物体的状态,或者正如爱因斯坦曾经所说的那样,“远距离的幽灵作用”。
为了让这一点回到现实,这意味着两个腔体中的电场将始终同步,这对于世界各地正在努力构建真正的电场的科学家来说是个好消息和电脑一样多。
“这两个空腔可以用于两个量子位或量子位的目的,”科诺弗说。 “一个绊脚石量子计算机问题是,由于与外部环境的相互作用破坏了量子位的量子特性,计算中不可避免地会出现错误。 研究人员表示,猫态比其他类型的量子位更能抵抗错误,因此该系统最终可能会带来容错能力更强的量子计算机。”
该团队的下一步是扩大他们的实验,以便它真正可以应用于一台真正的量子计算机。这意味着在两个以上的“盒子”上展示相同水平的保真度。 我们不知道那会是什么样子,但天哪,这会很酷。
您可以在今天的版本中找到该实验的结果科学。