來(lái)源：University of Glasgow上面的這張黑白照片雖然沒(méi)什么好看，然而，這些幽靈般的眼睛形狀圖案卻向我們揭示了一種奇怪的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象
來(lái)源：University of Glasgow
上面的這張黑白照片雖然沒(méi)什么好看，然而，這些幽靈般的眼睛形狀圖案卻向我們揭示了一種奇怪的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象曾經(jīng)讓愛(ài)因斯坦感到非常不安，以至于他在去世的時(shí)候都不相信這種現(xiàn)象的存在。
這張照片是第一張量子糾纏的照片，也就是那種“幽靈般的”粒子對(duì)。
格拉斯哥大學(xué)的物理學(xué)家保羅-安托萬(wàn)·莫羅(Paul-Antoine Moreau)在一份新聞稿中說(shuō):“我們成功捕捉到的這張照片優(yōu)雅地展示了自然的一個(gè)基本屬性，這是我們第一次以圖像的形式看到這種現(xiàn)象。”
莫羅領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功創(chuàng)造了這幅圖像，并于上周五在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)雜志的一項(xiàng)研究中發(fā)表。
量子糾纏101
量子糾纏是一種現(xiàn)已得到充分證明的觀點(diǎn)，即兩個(gè)微小的粒子可以被配對(duì)和分離，且仍然能夠在遙遠(yuǎn)的距離上保持密切和即時(shí)的聯(lián)系。
根據(jù)物理定律，兩個(gè)粒子可以在一個(gè)二元的性質(zhì)或狀態(tài)(就像是或者否一樣)中發(fā)生糾纏，如自旋或相位極化。但在測(cè)量到一個(gè)粒子之前，這種狀態(tài)仍然是模糊的，或者說(shuō)處于“疊加”狀態(tài)。而在粒子被觀察的那個(gè)精確時(shí)刻，即使粒子之間相隔數(shù)光年，另一個(gè)粒子也會(huì)呈現(xiàn)出與它孿生粒子相反的狀態(tài)。
為了理解這個(gè)概念，我們可以先假設(shè)每個(gè)糾纏的粒子都是一個(gè)包含一只貓的盒子。里面的貓有可能是活的也有可能是死的——也就是說(shuō)，直到有人打開(kāi)其中一個(gè)盒子，我們才知道盒子里面的貓是死是活。如果一個(gè)盒子里的貓是活的話(huà)，那么另一個(gè)盒子里的貓就一定是死的了(反之亦然)。
愛(ài)因斯坦認(rèn)為這種類(lèi)似心靈傳送的效果非?；闹?，以至于他將其描述為“遠(yuǎn)距離的幽靈行為”。
康奈爾大學(xué)研究量子力學(xué)的物理學(xué)家J.C.西莫斯·戴維斯(J.C. Seamus Davis)此前表示：“愛(ài)因斯坦接受不了這一點(diǎn)，直到他去世時(shí)都沒(méi)有接受這一事實(shí)，但現(xiàn)在這個(gè)現(xiàn)象已經(jīng)被證明了有數(shù)百萬(wàn)次了。”
證明量子糾纏現(xiàn)象的最新一篇研究發(fā)表于2017年2月，該研究使用了600年歷史的星光，表明兩個(gè)粒子在糾纏的時(shí)刻沒(méi)法“作弊”，在被測(cè)量之前也無(wú)法共享一種狀態(tài)。
我們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗(yàn)根本就不能解釋這些小顆粒的糾纏現(xiàn)象，這是因?yàn)樵谖⑿〉某叨壬希钪嫠坪踝裱煌奈锢硪?guī)則，而其中許多規(guī)則是自相矛盾，違背理性的。例如，在一些量子力學(xué)的場(chǎng)景中，結(jié)果并不總是遵循在原因之后;事實(shí)上，在原因發(fā)生之前，結(jié)果可能就已經(jīng)發(fā)生了。
戴維斯說(shuō)，被量子力學(xué)搞糊涂很正常，“我們本身進(jìn)化就不是為了理解”量子力學(xué)理論和它所帶來(lái)的反直覺(jué)后果。
“但從20世紀(jì)20年代開(kāi)始的數(shù)學(xué)計(jì)算和預(yù)測(cè)結(jié)果都是正確的，”他說(shuō)，“這是人類(lèi)歷史上最成功的科學(xué)理論。”
然而，在那幾十年里，還沒(méi)有人捕捉到量子糾纏粒子的圖像，而這就是莫羅和他的同事們計(jì)劃要做的事情。
第一張量子糾纏圖像是怎樣被拍攝下來(lái)的
被稱(chēng)為光子的光粒子可以發(fā)生許多種量子效應(yīng)糾纏。然而，在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員只選擇了一種叫做相位的量子效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用紫外線(xiàn)激光束來(lái)照射一種會(huì)使激光中一些光子的相位發(fā)生糾纏的特殊晶體。
接下來(lái)，他們用分光器或者是半鏡面玻璃把光束分成兩個(gè)相等的“分支”。這時(shí)候，一些在晶體作用下發(fā)生糾纏的光子就會(huì)被分開(kāi)。
其中一條光子分支會(huì)通過(guò)一個(gè)過(guò)濾器，這個(gè)過(guò)濾器會(huì)將粒子限制在四個(gè)相位中的一個(gè)(相位過(guò)濾器有效地測(cè)量”了光子的這個(gè)特性，因此它會(huì)立即導(dǎo)致粒子的糾纏粒子做出反應(yīng))。然后光子就會(huì)進(jìn)入一個(gè)非常敏感的相機(jī)，這個(gè)相機(jī)能夠檢測(cè)單個(gè)光子。而另一條光子分支則會(huì)進(jìn)入到相機(jī)的高速觸發(fā)裝置里。
相機(jī)傳感器只有在兩個(gè)糾纏光子同時(shí)以相反相位到達(dá)各自的探測(cè)器的時(shí)候才會(huì)記錄信息。隨著時(shí)間的推移，研究人員也就建立了一個(gè)糾纏光子撞擊相機(jī)的圖像。
研究人員預(yù)計(jì)，通過(guò)相位過(guò)濾器的糾纏光子會(huì)形成四種類(lèi)似眼睛的圖案，而這也與實(shí)驗(yàn)圖像所顯示的一樣。
莫羅說(shuō)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)提供了更多的證據(jù)，證明量子糾纏是真實(shí)存在的，而且糾纏粒子可能會(huì)在未來(lái)的科學(xué)成像應(yīng)用中派上用場(chǎng)。
