美國(guó)《科學(xué)》雜志近日發(fā)表兩項(xiàng)量子力學(xué)重磅突破：其中一項(xiàng)研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宏觀物體量子糾纏的直接證據(jù);另一項(xiàng)研究則實(shí)現(xiàn)了對(duì)不確定性原理的“規(guī)避”，而這正是量子力學(xué)的基本定律之一。這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都以確鑿的證據(jù)證明了宏觀物體也可以實(shí)現(xiàn)量子糾纏，不但有望在未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)中提供長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，還能極大地推動(dòng)暗物質(zhì)與引力波探測(cè)相關(guān)技術(shù)研發(fā)。
如果說(shuō)量子力學(xué)有什么“令人討厭”之處，那就是人們會(huì)認(rèn)為這一領(lǐng)域很大程度上如同“想象”的學(xué)科——在現(xiàn)實(shí)中幾乎不可能看到。實(shí)際上，量子力學(xué)不僅僅是微觀的理論，我們所知的所有物質(zhì)，從根本上來(lái)說(shuō)都是量子。但不得不承認(rèn)，奇怪的量子效應(yīng)在大于幾個(gè)原子的任何事物中都很難觀察到。因此，找尋宏觀物體的量子效應(yīng)的證據(jù)，也成為物理學(xué)家們的一大目標(biāo)。
此次，在《科學(xué)》刊登的其中一項(xiàng)研究中，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)使用微波脈沖讓兩張小的鋁片膜進(jìn)入量子糾纏狀態(tài)。該鋁片膜的尺寸為每張長(zhǎng)20微米，寬14微米，厚度100納米，質(zhì)量為70皮克，相當(dāng)于大約1萬(wàn)億個(gè)原子的質(zhì)量——盡管非常微小，但以量子的標(biāo)準(zhǔn)而言，它們已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)大的尺度。
在施加脈沖微波后，鋁片膜維持了大約1毫秒的量子狀態(tài)，團(tuán)隊(duì)成員仔細(xì)分析了反射的微波。通常來(lái)講，反射回的微波應(yīng)是隨機(jī)的，但是當(dāng)他們將結(jié)果繪制成圖、對(duì)比兩者信息時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)兩張鋁片膜看似無(wú)規(guī)律的振動(dòng)之間，其實(shí)存在著高度的關(guān)聯(lián)性。這一點(diǎn)只有量子糾纏才做得到，也就是兩張鋁片膜發(fā)生了量子糾纏。此后，團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了1萬(wàn)次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
在另一項(xiàng)研究中，芬蘭阿爾托大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在8毫開(kāi)爾文的溫度下，讓兩個(gè)鋁鼓膜進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間、相對(duì)穩(wěn)定的糾纏態(tài)。研究人員可以對(duì)同一個(gè)糾纏態(tài)進(jìn)行多次測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了“規(guī)避”量子力學(xué)中的不確定性原理。
研究人員表示，如果將兩個(gè)鼓視為一個(gè)量子力學(xué)實(shí)體，那么其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不確定性就被消除了。但實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有任何地方違反不確定性原理，他們是選擇了一組特定的、不會(huì)被該原理“禁止”的參數(shù)。(記者張夢(mèng)然)
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