眾所周知,2022諾貝爾物理學獎“花落”量子力學。由阿蘭·阿斯佩、約翰·克勞澤和安東·塞林格憑借糾纏光子實驗、確立對貝爾不等式的違反和開創性的量子信息學方面的成就摘得桂冠。
量子究竟是個啥?
科學嚴謹的講量子是最小的能量、動量單位;簡單通俗的講就是你切分某一個物體,切到小的不能再小,那就是量子。
量子糾纏又是個啥?
諾獎結果公布后,關于“量子力學”“量子糾纏”的討論頻頻登上熱搜。到底什么是量子糾纏呢?與我們的現實生活又有什么關系呢?
說在前面:量子糾纏對于宏觀物體——換句話說就是你眼睛看得見的所有東西——都沒有任何你能感受到的影響。
量子糾纏是一種奇怪的量子效應,在這種效應中,兩個粒子的概率被聯系在一起。舉個例子,假設兩個粒子相互作用,因此你不知道它們的自旋各是什么,但你知道它們彼此相反,那么這兩個粒子就被稱為糾纏。如果你發現其中一個自旋向上,那么另一個肯定自旋向下,反之亦然。
如果上述對量子糾纏的解釋你還是有點迷茫的話,小K給你打個比方,只要沒有外界干擾,當粒子貓處于生態時,粒子狗一定處于死態;而當粒子貓處于死態時,粒子狗一定處于生態。愛因斯坦把粒子貓和粒子狗之間的聯系成為“鬼魅的超距作用”。為了證明超距作用的存在,愛因斯坦“伙同”另外兩名科學家提出了大名鼎鼎的EPR佯謬。后來一位叫貝爾的物理學家提出了一個不等式,如果能證明這個不等式在量子世界中成立,那么愛因斯坦就是對的。那么,今年諾獎的得主們不止證明了量子力學違背貝爾不等式,還開創性的發現量子態具有存儲傳輸和處理的潛力。
說到量子糾纏對于現實生活的影響,我國量子計算機“九章”通過構建了76個光量子的“量子糾纏”,200秒就解決了過去6億年的計算;跨越4600多公里并且集成了地面光纖網絡和“墨子號”衛星,能夠為全國150多個行業用戶提供服務;同年5月,“墨子號”量子科學實驗衛星,首次實現了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態遠程傳輸。
什么?量子態遠程傳輸?是不是我馬上就可以穿越時空啦?
諾獎“新寵”,
能否顛覆下一代工業革命?
量子通信和量子計算是量子糾纏衍生出來的應用,從目前的工業、物聯網等產業的通訊技術角度來看,大都是光子類通訊方式,技術也相當成熟,但是這類的通信方式保密性不高。量子通訊從理論上來說,無法破譯,具有一對一的高級保密性,是較優的選擇。
除此之外,在云存儲、數據中心、傳感網和云計算等領域,量子通信的前景依舊可觀。誕生于20世紀初的量子力學不僅改變了我們看待世界的方式,將廣闊的微觀世界展現在世人面前,還催生出激光、晶體管、集成電路、核磁共振成像等現代技術,徹底改變了人類生活。
編輯:黃飛
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原文標題:科普小課堂:“量子糾纏”知多少?
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