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光子揭示了一种称为量子鸽巢悖论的奇?#20013;?#24212;

发布:laserline    |    2019-02-28 22:21    阅读:401
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量子鸽不喜欢分享。根据一个被称为鸽巢原理的数学概念,如果鸽子的数量超过了可栖息的巢穴数量就要有鸽子聚集在一起分享巢穴。但是根据美国国家科学院1月29日的一项实验报告,光子,或者光的量子粒子,可能违反这一原理。鸽巢原理规定,如果三只鸽子栖息在两个巢穴里,那么一个巢穴必须至少有两只鸽子。虽然看似很明显,但这个想法有助于确定数字的基本原理以及计算事物的意义。但在量子领域,科学家们预测,三只“鸽子”——从技术上讲,是量子粒子可以挤进两个巢穴,而不会有任何一个粒子与另一个粒子共享一个巢穴,这就是所谓的量子鸽巢效应。“量子鸽巢效应挑战我们的基本理解… 因此,非常需要一个明确的实验验证,”文章共同作者、合肥中国科技大学的物理学家赵杨路和潘建伟在一封电子邮件中写?#39304;?ldquo;量子鸽巢可能在寻找更复杂和基本的量子效应方面有潜在的应用。”


图1  奇怪的鸟,两只鸽子可以舒服地坐在两个巢穴里,但是加?#31995;?#19977;只鸟,它们就不得不分享巢穴。但是科学家已经证明,三个量子粒子可以占据两个状态,而没有任何一个具有相同的状态。

在这项研究中,三个光子取代了鸽子。研究人员研究了粒子的极化,或者光子摆动的电磁波的方向,而不是将光子聚集到空穴中,这些电磁波可以是水平的?#37096;?#20197;是?#24618;?#30340;。由于存在三个光子和两个偏振方向,标准数学表明至少两个必须具有相同的偏振。当科学家比较粒子的极化时,研究小组发现没有两个粒子相匹配,证明了量子鸽巢效应是真实的。这种令人费解的现象是已经很奇怪的量子效应组合的结果。光子以一种被称为叠加的奇怪的中间状态开始实验,这意味?#28504;?#20204;在水平方向和?#24618;?#26041;向同时被极化。当比较两个光子的偏振时,测量会在粒子之间产生以太联系,称为量子纠缠。这些违反?#26412;?#30340;特性允许粒子做不可想象的事情。虽然这种结果并不是第一次实验证实这种鸽巢效应,但它比以前的实验有所改进。加利福尼亚州奥兰?#38382;?#26597;普曼大学的杰夫·托拉克森(Jeff Tollaksen)是一个理论物理学家团队的一员,该团队最初于2014年提出了这?#20013;?#24212;,他说:“我相信这篇论文是迄今为止最好的实验。”

这项研究首次证实量子鸽子只在特定的条件下才表现失常。Tollaksen和他的同事们预测,为了产生这?#20013;?#24212;,偏振的测量必须是温和的,以免干扰微妙的量子粒子。这项新的工作证实,要使这种影响发生,测量必须是弱的。量子力学以其奇特的动物猫有关的悖论而闻名。薛定谔的猫是一个著名谜题的主角,在这个谜题中,一只猫似乎同?#34987;?#30528;和死去。量子“柴郡猫”出现在粒子与它们的属性分离的时候,类似于爱丽丝梦游仙境猫的笑容与其?#24034;?#20998;离的方式。像量子动物园的其他部分一样,量子鸽巢效应“显示出一些非常令人惊讶的东西,乍一看,这似乎是不可能的,”Tollaksen说。

来源: Science News

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