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这“纠缠”是宇宙世界中的,也是和你的

Kinsey UniversityofGlasgow 2021-09-28


“如果调节器坏了,你就会变成量子态。”

“什么意思?”

“这意味着你将进入一个量子世界,所有时间和空间都变得无关紧要。”

——皮姆博士和蚁人斯科特·朗



如果说《蚁人》故事中的“量子世界”,

是打开漫威多元新宇宙最关键的概念;

而格拉斯哥大学团队捕获的量子纠缠首张图像,

是人类翻开探索宇宙新篇章的重要一步。


图源:微信公众号@格大广州


有史以来第一次,由格拉斯哥大学物理学家 Paul-Antoine Moreau 博士带领的团队成功地拍摄到了一种强大量子纠缠形式(贝尔纠缠)的照片。


人类终于捕获到这种曾被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”的难以捉摸现象的视觉证据。


这可能是一张能够和第一张黑洞照片相媲美的图像。在最宏观和最微观的领域,科学家们正在把人类的视野推向更广阔的时间和空间。


而对量子世界进一步的认识,格拉斯哥大学起到了不容忽视的作用。


左:首张量子纠缠图像;右:首张黑洞图像


与量子“纠缠”


量子,尽管它是宇宙间最微小的东西,却代表着上世纪以来最伟大的科学突破,隐藏着无穷可能性。爱因斯坦、普朗克、薛定谔等物理学家都曾与此紧紧“纠缠”。


早在 1935 年,爱因斯坦、鲍里斯和纳森合著的论文 “量子力学对物理现实的描述能被认为是完整的吗?” (Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? )  中就提出了 “EPR 悖论”,其中涉及对量子纠缠理论完备性的怀疑。


爱因斯坦在格拉斯哥大学


在量子物理里,最奇特的概念莫过于“量子纠缠”(Quantum Entanglement),量子纠缠现象是量子力学领域的基本现象和主要支柱之一。



这种相当烧脑的现象指的是一对或一组相互作用的粒子——例如通过分束器的两个光子,即使它们之间并没有物理连接,甚至它们之间的距离如宇宙长度般遥远,仍能以一种非常奇怪的方式“纠缠”在一起,瞬间共享它们的物理状态。



揭开真面目


目前,科学界普遍接受了量子力学的正统解释,也接受了量子纠缠的存在性。 


在如量子计算机和密码学等革命性的技术中,量子纠缠在其中“大显身手”,但人类却始终没有真正看到量子纠缠的图像。

环球科学,公众号:环球科学人类第一次看见量子纠缠!科学家终于拍摄到量子纠缠的照片

 

直到最近,英国格拉斯哥大学的物理学家 Paul-Antoine Moreau 博士带领团队拍摄到了这一现象,并于7月12日在《科学进展》中发表论文描述他们是如何建立一个复杂的实验,首次在图像中捕获量子纠缠现象。


实验装置图

图片来源:研究论文


在过程中光子会穿过准备好的液晶材料以触发相位改变,之后再被分束器分开。而用来拍摄光子的相机则具有 40,000fps 的拍摄速度,当它探测到两个光子产生缠结的时候便会自动将影像记录下来。


光子在4种不同的相位下被相机捕捉到的图像(右)


该论文的主要作者是格拉斯哥大学物理和天文学学院的 Paul-Antoine Moreau 博士。


他说:“我们设法捕捉到的图像是对自然基本属性的优雅展示,这是第一次以图像的形式出现。这是一个令人兴奋的结果,可以用来推进量子计算的新兴领域,并产生新的成像类型。”


 Paul-Antoine Moreau 博士在格拉斯哥大学

 

仰望星空

20世纪90年代,物理学家在理论上证明,对微观世界的物体而言,借助神奇的“量子纠缠”,可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点,而不用传送物质本身。


将量子力学理论和信息技术结合,通过对光子、原子等微观粒子的精确操纵,信息编码、存储、传输等处理方式将会发生革命性变革。

经济日报


从开尔文量表到引力波研究,再到到量子纠缠,还有格拉斯哥科学家们最新发现的细菌进化新途径,格拉斯哥大学的研究学者始终站在创新的最前沿,并用过去的成就激励着当前世界的改变者。


新发现的细菌进化方式将帮助理解抗生素抗药性


仰望星空,也脚踏实地。「阅读全文 」继续发现更多的#World Changing Research!


下一次,是不是可以这样说了

“格大,你我之间就像量子纠缠”

“跨越时间和空间”



Reference:

Moreau, P. A., Toninelli, E., Gregory, T., Aspden, R. S., Morris, P. A., & Padgett, M. J. (2019). Imaging Bell-type nonlocal behavior. Science advances5(7), eaaw2563.


—————— 往期回顾 ——————

 夏赏 | 格拉十二时辰

▼ 一年除了四季,还有一个季节 | 2019毕业季毕业典礼

▼ 格拉斯哥大学七大优势学科位列英国第一 


微博@英国格拉斯哥大学

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