反向直观量子力学:两个不同时间同时存在的振动状态

光原子份额

当光线和原子分享普通氛围时

量子力学的一个特别反直觉的特征是,单个事件可以以叠加状态存在——这里和那里同时发生,或者今天和明天同时发生。

这样的叠加很难产生,因为如果任何有关事件发生地点和时间的信息泄漏到周围,即使没有人真正记录这些信息,它们也会被破坏。但当叠加确实发生时,它们导致的观察结果与经典物理学的观察结果截然不同,质疑我们对空间和时间的理解。

来自EPFL的科学家,麻省理工学院, CEA Saclay,发表于科学推进,展示在两个不同时间同时存在的振动状态,并且通过测量与振动相互作用的光束之间的最强的量子相关性来证明该量子叠加。

研究人员使用了一个非常短的激光脉冲来触发钻石晶体内部的特定振动模式。每对相邻原子振荡,如弹簧链接的两个肿块,并且该振荡在整个照明区域上同步。为了在此过程中节省能量,发出了一种新颜色的光,朝向光谱的红色移位。

光和原子的共同感应

代表本研究中描述的光和原子的“共同氛围”的插图。信用:Christophe Galland(EPFL)

然而,这种古典图片与实验不一致。相反,光和振动都应被描述为颗粒,或者量子:光能量化到离散的光子中,而振动能量被量化为离散声子(以古希腊语“照片=光”命名为“校准”和“Phono =声音”)。

因此,上述方法应该被视为从激光到一对光子和声子的进入光子的裂变 - 类似于核裂变原子分成两个较小的碎片。

但这不是古典物理学的唯一缺点。在量子力学中,颗粒可以存在于叠加状态,就像着名的Schrödinger猫一样在同时活着和死亡。

甚至更违反直觉:两个颗粒可以变得纠缠,失去他们的个性。唯一可以收集的信息涉及它们的常见相关性。因为两个粒子被共同状态(波段)描述,所以这些相关性比古典物理学中的可能性强。通过对两个颗粒进行适当的测量,可以证明它。如果结果违反了经典的极限,可以确保它们被纠缠在一起。


1.激光产生非常短的脉冲光。该脉冲的一部分被发送到非线性装置以改变其颜色3.再次上两个激光脉冲重叠在同一路径上,创建“写入和读取”对脉冲。4.每对分成短路和长路径,5.产生“早期”和“晚期”时隙,再次重叠6.在钻石内,在“早期”时隙,一个光子“写入”脉冲可以产生振动,而来自“读取”脉冲的一个光子将振动转换回光。7.相同的序列也可能发生在“晚期”插槽期间发生。但在这个实验中,科学家们确保只有一个振动才能促进总共(在早期和晚期时段)。通过再次与光子重叠,不可能歧视早期的与振动的后期瞬间。现在,振动现在是早期和晚期的量子叠加。9.在检测装置中,根据其不同颜色分离“写入”和“读取”光子,并用单光子计数器分析以露出其缠结。信用:圣地亚哥Tarrago Velez(EPFL)

在新的研究中,EPFL的研究人员设法使晶体内入射激光光子裂变时产生的光子和声子(即光和振动)纠缠在一起。为此,科学家们设计了一个实验,在这个实验中,光子-声子对可以在两个不同的时刻产生。通常,它会导致这样一种情况:配对在时间t1产生的概率是50%,或者在时间t2之后产生的概率是50%。

但是研究人员使用了一种“把戏”来产生纠缠态。通过对实验的精确安排,他们确保了光振动对产生时间(t1 vs. t2)在宇宙中不会留下哪怕是最微弱的痕迹。换句话说,它们擦掉了t1和t2的信息。量子力学预测,声子-光子对变得纠缠,并存在于时间t1和t2的叠加中。这一预测被测量结果完美地证实了,结果与经典概率理论不相容。

这项新研究通过展示光和晶体振动之间的纠缠,在我们的日常体验和迷人的量子力学领域之间建立了一座桥梁。

EPFL量子和纳米光学实验室主任、该研究的主要作者之一克里斯托弗·加兰(Christophe Galland)说,量子技术被誉为计算、通信和传感领域的下一场技术革命。“它们目前由世界各地的顶尖大学和大公司开发,但挑战是艰巨的。这些技术依赖于非常脆弱的量子效应,这种效应只能在极低温或高真空下才能存在。我们的研究表明,即使是普通的材料在环境条件下也能维持量子技术所需的微妙的量子特性。但这是要付出代价的:晶体中由原子振动维持的量子关联仅在4皮秒(即0.000000000004秒)后就消失了!然而,这种短时间尺度也是发展超快量子技术的机会。但未来还有很多研究要做,把我们的实验变成有用的设备——这是未来量子工程师的工作。”

参考:Santiago Tarrago Velez,Vivishek Sudhir,Nicolas Sangouard和Christophe Galland,192020年12月18日,“环境条件下的光和振动之间的钟声和振动之间的响铃相关性”,科学推进
DOI:10.1126 / sciadv.abb0260

8评论在“反向直观量子力学:两个不同时间同时存在的振动状态”

  1. Brian Simpson(Rama Bhajan Singh)|2020年12月18日,下午8:46|回复

    在什么时候现实在下面的目的是如下所示?

    • 吗?无论是暗指最近的电影[“如上所述,以下所述(电影)”@维基百科],还是古老的习语[“如上所述,以下所述”]引用神话,并通过“现实”哲学的方式——所有这些都是迷信,没有一个是科学。

      此外,文章背景下的相关性是什么?

  2. 高于我理解的方式。

  3. 我猜它阐述了潜在的量子场理论的相对论,其中时间与Lorentz指标与空间相关。

  4. “反直觉”,好吧,这更好,仅仅因为我们对世界的感知是错误的,并不意味着我们的世界是不符合逻辑的。

    人类发展出了一些错误的认知,那只是我们的不完美,我们有一些头脑之外的例子,那将挑战一个人看待周围世界的方式。

    然而,有一种教育可以帮助解决这个问题,并提供一些人们需要的光,以便理解我们生活的自然……

    ......在迷宫中获胜的战略......

    • ...是的,如果某些东西以光速行驶或靠近它......所以,如果我们观察光明,那么它是自我的。
      当时间停止嘀嗒时,光线如何“知道”之前发生了什么,而且之后发生了什么,因为没有方法可以比较时间失误......
      只是一个想法……

  5. ......很难看到SIM卡,很难焊接金属薄片,但这不是不可能的,所有这一切都需要一些模糊的逻辑来启动......嗯,这是最好的秘密朋友们…
    ...对不起,只有我的雅思和思想......

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