一项让人类直接感知量子的实验这是瑞士研究人员首次设计出来的,他们表示同样的技术可以用来量子纠缠两个人。
虽然成为第一个见证的人会非常酷亲眼所见,该实验旨在回答一些重要且影响深远的问题,例如量子纠缠实际上是什么样子,以及与另一个人纠缠起来是什么感觉?
量子纠缠这是一种奇怪的现象,两个量子粒子相互作用,使它们变得紧密相连,并且本质上“共享”一个存在。 这意味着一个粒子发生的事情将立即直接影响另一个粒子发生的事情 - 即使另一个粒子距离许多光年远。
如果这听起来有点难以理解,别担心——即使是爱因斯坦本人也曾为此苦苦挣扎。
他的问题是,要使量子纠缠发挥作用,就必须违背他的特殊相对理论,因为它要求信息的传播速度超过光速。 这促使他将纠缠称为“幽灵般的超距作用”,这基本上是爱因斯坦的说法他认为整件事很荒谬。
几十年来,物理学家否认量子纠缠的存在,但现在科学家们正在世界各地的实验室中大量纠缠粒子,这是量子纠缠的基础。量子计算- 一项有望实现的技术改变一切关于我们未来如何处理和存储信息。 (例如,谷歌的 '' 比你的笔记本电脑快 1 亿倍,甚至还不是合适的量子计算机.)
现在我们可以在实验室中相对轻松地量子纠缠光子(或光粒子),日内瓦大学瓦伦蒂娜·卡普拉拉·维沃利(Valentina Caprara Vivoli)领导的团队提出了一个问题:人类需要什么才能亲眼看到这个过程?
前提是人眼基本上是一个光子探测器,所以理论上我们应该能够用人眼代替纠缠探测实验中的光子探测器,而用人来观察这个过程。
该实验只需要向人类光子探测器发送几对纠缠光子,并且必须一次又一次地重复该过程,以便他们从统计上确认纠缠是否确实发生。
不幸的是,事实上,事情并没有那么简单,作为麻省理工科技评论解释:
“主要问题是眼睛无法检测到单个光子。相反,眼睛后部的每个光检测棒必须受到大量光子的刺激才能触发检测。可以实现这一目的的最低数量的光子人们认为大约有七个,但实际上,人们通常只有在数百或数千个光子到达时才能看到它们。
即便如此,眼睛也不是一个特别有效的光电探测器。 一个好的光学实验室将拥有效率超过 90% 的光电探测器。 相比之下,在最低光照水平下,眼睛的效率约为 8%。 这意味着它错过了很多光子。”
这意味着人眼必须纠缠七个光子才能感知它们,这是最低限度 - 如果你想让人们可靠地看到它,你将必须发射数百甚至数千个量子纠缠光子,这是不可能的以今天的技术。
那么解决办法是什么呢? 放大什么是当今的技术已成为可能,因此人眼可以更好地检测到它。
这就是维沃利和她的团队在他们的假设实验中找到的方法,使用一种称为“位移操作”的过程,该过程会导致两个粒子发生干涉,从而一个粒子的相位被另一个粒子改变。
正如未来主义所解释的,物理学家可以使用一种称为分束器的设备来实现这一点:
“来自激光的相干光子束瞄准分光器,通过它传输,但随后相位的变化导致它被反射。如果第二束激光束与第一束激光干涉,它将改变第一束激光束的相位- 将其反射回来而不是通过分离器。
因此第二束控制第一束是否被反射。 这个“切换光束”不需要像主光束一样强大,但它确实需要相干- 也就是说,一台真正的激光 - 让这一切成功。”
换句话说,你正在使用一个纠缠光子来改变更强大的光束的通道,以证明它们是相连的,而这个更强大的光束就是人类观察者就能看到。
假设实验的细节已经公布在预印本网站 arxiv.org 上,并且尚未经过同行评审,因此我们必须采用 Vivoli等人的目前还没有定论,但他们表示,这“令人信服地证明了实现第一个用眼睛观察纠缠的实验的可能性”。
另一个限制是,坐下来观看数千甚至数万个光束分裂实验并不完全令人着迷,即使有可能成为第一个亲眼目睹量子纠缠的人。 参与者可能需要某种激励,以免陷入每 30 秒一次的微睡眠。
答案? 当然,量子纠缠你的参与者。
“增加这种动机的一种方法是修改实验,使其纠缠两个人。不难想象人们想要参加这样的实验,甚至可能是热切的,”说麻省理工科技评论。 “这需要修改设置,其中两个探测器都是人眼,触发水平高但效率低。维沃利和他的同事的设置是否可以实现这一点尚不清楚。”
如果你对量子纠缠的实际工作原理仍然有点迷失,Veritasium 的德里克的微型版本在这里可以提供帮助: