研究人员纠缠了两个毫米大小的钻石,这是量子纠缠规模上的巨大飞跃

量子纠缠,这种“鬼魅般的远距作用”,有望用于高性能计算和安全等领域,通常被认为是微观世界的范畴。将两个粒子或两个微小物体联系起来,使它们的命运交织在一起,如今相对来说是比较容易(好吧,不是容易,而是如今相对实用)的。现在,科学家们首次在宏观尺度上实现了量子纠缠,纠缠了两个毫米大小的钻石。

本周发表在《科学》杂志上的研究成果,对量子力学和经典力学来说都可能是一次重大的飞跃。这是首次在两个相当大的物体之间,而且还是在室温下实现纠缠。

正如老读者所知,纠缠是连接两个独立物体(无论是光子还是纳米级物体)的过程,使其无论相距多远都能表现出相同的行为。一个粒子发生的事情也会发生在另一个粒子身上,即使它们相隔整个宇宙。

牛津大学的研究人员取了两个小钻石,大小约为3毫米见方,1毫米厚。他们使用一种名为超快泵浦-探测光谱的技术,用极短(约100飞秒)的激光脉冲照射它们。接下来发生的事情很复杂:激光引发了钻石晶体中分子排列的振动。这些固有的振动(存在于所有原子中,只是在这里被加以利用)被称为声子模式。激光脉冲激发了两个钻石中的一个声子模式,并产生两个光子,这两个光子被钻石散射,并用于纠缠声子态。然后,通过一个复杂的装置,包括分束器和单光子探测器,将散射的光子收集起来。

这两个钻石相距约半英尺,但当其中一个光子被探测到时,两个钻石就共享了一个声子。换句话说,发生在一个钻石身上的事情也发生在另一个钻石身上。研究人员通过反向操作进行了确认,通过使声子退激发并发出另一个光子,该光子随后被探测到。纠缠持续了约7皮秒,因此对于用于量子计算机或其他设备来说还太短——至少目前是这样。

“这两个钻石样品相干地共享了一个声子,这是量子纠缠态的标志,”密歇根大学物理学家L.-M. Duan解释道。他在《科学》杂志的文章旁边撰写了一篇评论性文章。“这些结果令人信服地证明了纠缠并非仅限于微观粒子,它也可以体现在宏观世界中,在那里它可以用于未来的研究,对量子力学进行基础性检验。”

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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