突破海森堡:逃避量子物理学的不确定性原则

量子纠缠原理图

缠绕的鼓头的示意图。信誉:Aalto大学

新技术首次获得100岁的量子物理规则。

不确定性原则,由Werner Heisenberg在1920年代后期引入,是量子力学的基本概念。在量子世界中,像电力所有电气产品的电子一样的颗粒也可以表现波。结果,颗粒不能同时具有明确定义的位置和动量。例如,测量颗粒的动量导致位置的干扰,因此不能精确地定义位置。

在最近的研究中发表科学,由芬兰的Aalto大学MikaSillanpää领导的一支领导的团队表明,有办法绕过不确定性原则。该团队包括澳大利亚新南威尔士大学的Matt Woolley博士,他开发了实验的理论模型。

该团队而不是基本粒子,使用大量的物体进行实验:两个振动的鼓头的人头发的宽度的五分之一。将鼓头机械地仔细地胁迫表现为量子。

“在我们的工作中,鼓头展示了集体量子运动。滚筒彼此相反的相位振动,使得当其中一个在振动循环的端部位置时,另一个在相对的位置同时处于相对的位置。在这种情况下,如果两个滚筒被视为一个量子机械实体,则取消了鼓运动的量子不确定性,“解释了研究的牵头作者,Laure Mercier de Lepinay。

这意味着研究人员能够同时测量两个鼓头的位置和动量 - 这不应根据海森伯格不确定性原则。打破规则允许它们能够表征驱动鼓头的极小力量。

“其中一个鼓以相反的方式响应其他鼓的所有力量,有点具有负面的质量,”Sillanpää说。

此外,研究人员还利用了这一结果,以提供最稳定的证据迄今为止,这种大物体可以表现出所谓的量子纠缠。即使它们可能具有任意大的空间分离,不能彼此独立地描述缠绕的物体。纠缠允许对物体对以矛盾的方式行事,并且是新兴量子技术背后的关键资源。例如,量子计算机可以进行旨在比任何超级计算机可以更快地进行计算所需的计算类型。

在宏观物体中,像缠结这样的量子效果非常脆弱,并且通过周围环境的任何干扰容易地破坏。因此,实验在非常低的温度下进行,仅在百分程度上进行绝对零度在-273度。

将来,研究小组将在实验室测试中使用这些想法,旨在探测量子力学和重力的相互作用。振动的鼓头还可以用作连接大规模分布式量子网络的节点的接口。

Laure Mercier deLapinay,Caspar F. iockeloen-Korppi,Matthew J. Woolley和Mika A.Sillanpää,2021年5月7日,Matthew J. Woolley,Matthew J. Woolley和MikaPää,195年5月7日科学
DOI:10.1126 / science.abf5389

Sillanpää的集团是国家卓越中心,量子科技芬兰(QTF)的一部分。该研究是使用Otanano进行的,该研究是一个国家开放式访问研究基础设施,为纳米科学和技术和Quantum Technologies提供最先进的工作环境,用于纳米科学和技术。Otanano由Aalto University和VTT主办并经营。

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