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小小铝鼓,敲出宏不悦目量子纠缠

2021-06-10 17:00分类:医美挂号 阅读:

原文作者:Davide Castelvecchi

波动铝膜为宏不悦目物体的量子纠缠挑供了始个直接证据。

经过让两个很小的鼓波动,物理学家为较大物体的量子纠缠(一栽清淡与亚原子粒子相关的奇怪效答)挑供了迄今最直接的演示。

5月6日发外在《科学》上的两篇论文[1,2]描述了这一收获,有看协助钻研人员建造出智慧度空前的测量装配,以及在某些运算周围超过清淡计算机的量子计算机。

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Kotler团队用来演示量子纠缠的微弱铝膜。来源:Florent Lecoq and Shlomi Kotler/NIST

根据量子力学有违直觉的规律,两个物体能够处于联相符个“纠缠”态。一个物体的可测量属性,如位置或速度,与另一个物体的可测量属性相关,这栽相关水平要强于经典(非量子)物理学中能达到的水平。

固然量子物理学中异国哪条法则规定这栽量子稀奇(quantum weirdness)形象只能发生在亚原子尺度,但该理论展望,在更大的尺度上——比如一只猫的大小——量子效答将变得微不能道,以至于难以在实际中不悦目测到。物理学家不息在争吵,这是否来自吾们感官和仪器上的节制,抑或是宏不悦目对象受其自己定律的收敛,而这些定律与量子力学在根本上有所分别。 为了钻研这个题目,钻研人员不息设法在更大尺度上不悦目察量子效答。“吾们钻研的一个题目是:经典世界中有量子吗?” 芬兰阿尔托大学的物理学家Mika Sillanpää说。

量子鼓

在美国国家标准与技术钻研院开展的一项实验中,物理学家Shlomi Kotler和他的配相符者打造了一对波动铝膜——有点像两个迷你鼓,每个约10微米长。

固然这对铝膜用肉眼几乎看不见,但以量子的标准来看,它们专门重大,每个膜由约一万亿原子构成。当一个世纪前的物理学家发现量子力学时,“人们还无法想象能够用这么大的物体开展实验”,耶路撒冷的希伯来大学的Kotler说。

该团队用微波光子细小触动铝膜,使它们同步波动,云云一来,它们的行动就处于一栽量子纠缠的状态:在某个时间点,随着鼓上下波动,测量其脱离平面的位移表现它们处于十足相通的位置,测量其速度也表现十足相逆的值。

之前另外两个实验室也在宏不悦目波动物体上进走过相通的测量,并给出了纠缠态的间接证据[3,4]。但这一次,Kotler和团队在设备一展现信号时便立即放大信号,更添直不悦目地“看到了”纠缠。Kotler说,这有点像老唱片播放员在信号发送到放大器前会预放大信号,协助缩短嘶嘶声。该团队还改善了前期的技术,让创造纠缠的过程更安详。

这些步骤对于实际行使至关主要,比如能在大量膜的波动中编码信息的量子计算机,Kotler说,这是一栽替代现在主流方案的极端手段——主流方案清淡会行使电流或原子编制。亚马逊公司近来宣布它正在钻研行使波动晶体来编码和处理量子信息的可走性。

测阻止

在另一个行使量子鼓的自力实验中,Sillanpää领导的团队追求了海森堡不确定性原理(Heisenberg uncertainty principle)的节制。海森堡不确定性原理认为,任何测量走为一定会转折被测量物体的状态。

该团队也打造了一对微弱的铝鼓,并行使了微波频率的光子——既能够使鼓进入同步波动模式,又能够读出鼓的位置。

该团队的实验有一个分别于Kotler团队实验的方针——他们想探测量子和非量子走为之间的边界。经过调整,他们让振荡鼓以融合但分别的倾向行动,让它们的一些可测量属性与一个虚拟振荡鼓的可测量属性相通。

经过这栽手段,钻研人员能够在测量虚拟鼓位置的同时不影响其速度。遵命海森堡不确定性原理,这对一个标准量子谐振子来说是不能够的。添拿大西蒙弗雷泽大学的理论物理学家刘恺堃(Hoi-Kwan Lau)说,为了绕开这栽节制,钻研人员“行使量子力学对付量子力学”。

和Kotler的实验相通,这两个鼓也进入了联相符个纠缠态,这栽测量手段使得钻研大物体的纠缠态如何自愿演变这一题目成为能够。“吾们能够在不损坏纠缠态的情况下不息测量这栽纠缠态。”本文共同作者、Sillanpää在阿尔托大学的同事Laure Mercier de Lépinay说。

量子鼓技术有看让钻研人员开发出打破量子力学对测量奴役的新仪器。“一栽行使是力传感器,”Lau说,取决于器件设计,这栽力传感器能够测量分别类型的力,例如磁力或引力。

参考文献:

1. Kotler, S. et al. Science 372, 622–625 (2021).

2. Mercier de Lépinay, L. et al. Science 372, 625–629 (2021).

3. Riedinger, R. et al. Nature 556, 473–477 (2018).

4. Ockeloen-Korppi, C. F. et al. Nature 556, 478–482 (2018).

原文以Minuscule drums push the limits of quantum weirdness标题发外在2021年5月6日的《自然》的音信版块上

© nature 

doi: 10.1038/d41586-021-01223-4

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