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量子纠缠的发现是革命性的一步 • Earth.com

量子纠缠的发现是革命性的一步 • Earth.com

来自结构光实验室的研究团队 威特沃特斯兰德大学南非在量子纠缠方面取得了重大进展。

由安德鲁·福布斯 (Andrew Forbes) 教授领导,与著名弦乐科学家罗伯特·德梅洛·科赫 (Robert de Mello Koch) 合作。 湖州学院 在中国,该团队成功演示了一种操纵量子纠缠粒子而不改变其内在性质的新方法。

这一壮举代表了我们对量子纠缠的理解和应用迈出了一大步。

量子纠缠中的拓扑

该研究的主要作者、硕士生 Pedro Ornelas 解释道:“我们通过纠缠两个相同的光子并为它们分配一个共同的波函数来实现这一目标。只有当它们被视为一个光子时,这个过程才能使它们的集体结构或拓扑结构变得清晰。”单一实体。”

该实验围绕量子纠缠的概念展开,量子纠缠被称为“幽灵般的远距离作用”,其中粒子会影响彼此的状态,即使相距很远。

拓扑在这方面起着至关重要的作用。 它确保保留某些属性,就像咖啡杯和甜甜圈由于具有单个不变的孔而在拓扑上等效一样。

“我们的纠缠光子是相似的,”福布斯教授解释道。 “它们的纠缠是灵活的,但某些特性保持不变。”

该研究特别关注斯格明子拓扑,这是托尼·斯格明子在 20 世纪 80 年代提出的概念。 在这种情况下,拓扑指的是无论如何处理都保持不变的一般属性,例如布料的纹理。

量子纠缠的应用

斯格明子最初是在磁性材料、液晶及其光学对应物中研究的,因其稳定性和在数据存储技术方面的潜力而在凝聚态物理学中受到赞扬。

“我们的目标是通过量子纠缠斯格明子实现类似的变革效果,”福布斯补充道。 与之前将斯格明子的位置限制在一个点的研究不同,这项研究提出了范式转变。

正如奥内拉斯所说:“我们现在了解到,传统上被视为局部的拓扑实际上可以是非局部的,在空间上分离的实体之间共享。”

因此,该团队建议使用拓扑作为纠缠态的分类系统。 联合研究员 Ishaq Naib 博士将其与纠缠态字母表进行比较。

“就像我们通过孔来区分场和甜甜圈一样,我们的量子斯格明子也可以通过它们的拓扑特征进行分类,”他解释道。

关键思想和未来研究

这一发现为新的量子通信协议打开了大门,该协议使用拓扑作为处理量子信息的手段。

此类协议可能会彻底改变量子系统中信息的编码和传输方式,特别是在传统加密方法因最小纠缠而失败的情况下。

最重要的是,这项研究的重要性在于其实际应用的可能性。 几十年来,维持相互联系的国家一直是一项重大挑战。

该团队的研究结果表明,即使纠缠衰减,拓扑也可以保持完整,为量子系统提供了一种新的加密机制。

福布斯教授最后发表了一份前瞻性声明,他说:“我们现在准备定义新协议并探索非局域量子态的广阔前景,这可能会彻底改变我们进行量子通信和信息处理的方式。”

有关量子纠缠的更多信息

如上所述,量子纠缠是量子物理世界中一种令人着迷且复杂的现象。

这是一个物理过程,其中成对或成组的粒子以某种方式创建、相互作用或共享空间接近度,使得每个粒子的量子态不能独立于其他粒子的状态来描述,即使粒子被距离大。 。

发现和历史背景

1935 年,阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森首次提出了量子纠缠理论。 他们提出了爱因斯坦-波多尔斯基-罗森(EPR)悖论,挑战了量子力学的完整性。

爱因斯坦将纠缠称为“幽灵般的远距离作用”,表达了对粒子可以在远距离瞬间相互影响的想法的不满。

量子纠缠原理

量子纠缠的核心是叠加的概念。 在量子力学中,电子和光子等粒子以叠加态存在,这意味着它们可以同时处于多种状态。

当两个粒子纠缠时,它们以这样一种方式相关:一个粒子的状态(无论是自旋、位置、动量或极化)立即与另一个粒子的状态相关,无论它们相距多远。

计算和通信中的量子纠缠

量子纠缠挑战了物理定律的经典概念。 它表明信息可以以超过光速的速度传输,这与爱因斯坦的相对论相矛盾。

然而,这并不意味着可用信息会立即转移,这会违反因果关系; 相反,它意味着量子层面上根深蒂固的相互联系。

量子纠缠最令人兴奋的应用之一是在量子计算领域。 量子计算机利用纠缠态以经典计算机无法达到的速度执行复杂的计算。

在量子通信中,纠缠是开发高度安全的通信系统的关键,例如量子密码学和量子密钥分发,理论上不会受到黑客攻击。

实证验证和当前研究

自理论诞生以来,量子纠缠已多次被实验证明,凸显了其奇怪且违反直觉的本质。

最著名的是贝尔测试实验,它提供了反对局部隐变量理论和支持量子力学的重要证据。

简而言之,量子纠缠作为量子力学的基石,仍然是激烈研究和争论的主题。 它令人费解的性质挑战了我们对物理世界的理解,并为技术的潜在革命性发展开辟了道路。

随着研究的进展,我们可能会为这种奇怪的现象找到更多的实际应用,解开量子宇宙的更多秘密。

完整的研究发表在期刊上 自然光子学

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