这是一场跨越千里的“纠缠”,一方来自青海德令哈站,另一方远在云南丽江站。尽管相距千里之遥,这对从未谋面的“陌生人”——粒子,却上演了一场举世震惊的“心心相印”大戏——
作为见证者,中国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学技术大学副校长潘建伟院士6月16日对外宣布:中国率先实现了“千公里级”的星地双向量子纠缠分发,首次在太空中较为严格地验证了量子力学非定域性。
“这是一个巨大的成就,他们很早就有了这个大胆超前的想法,并最终实现了。”加拿大滑铁卢大学物理学家延内魏因如是评价。
鬼魅般的超距作用
通过量子纠缠所建立起来的量子信道不可破译,将成为未来保密通信的“终极武器”
“处在特殊状态(纠缠态)的粒子,无论相隔多远,当对其中一个粒子进行操作或测量,身处远方的其他粒子会瞬时发生相应的改变。”
这种“心灵感应”似的神秘关联,便是神奇的“量子纠缠”现象,也称量子力学非定域性。简单来说,量子纠缠即两个(或多个)粒子共同组成的量子状态。何谓量子?它是构成物质的最基本单元,也是能量的基本携带者,人们所熟知的分子、原子、电子、光子等微观粒子,皆是其表现形态之一。
按我们以往的认识,一只猫非生即死,不能同时“又生又死”。根据潘建伟的解释,在量子世界中,当猫和我们没有相互作用的时候,它可以处于“生”和“死”同时叠加的状态,此时,我们再去测量两只分处异地的猫,当确定其中一只为生时另外一只也为生,反之则为死,哪怕这两只猫相隔甚远。
对于这种“鬼魅般的超距作用”,爱因斯坦深表怀疑。“对一个粒子的测量不会对另一个粒子产生影响。”他坚称。以玻尔为代表的哥本哈根学派则持反对意见,他们认为,对一个粒子的测量会瞬间改变另一个粒子的状态。
究竟孰是孰非?过去的大半个世纪里,物理学家们围绕这一话题争论不休。因为,量子的这一奇妙特性一旦得到验证,将有一个最为直接的应用——通过量子纠缠所建立起来的量子信道不可破译,将成为未来保密通信的“终极武器”。
上世纪70年代,法国物理学家阿斯派克特的3个实验曾给出了量子非定域性的明确结论。但是,最初的这些实验验证存在种种漏洞。量子纠缠“鬼魅般的超距作用”在更远的距离上是否仍然存在?会不会受到引力等其他因素的影响?这些基本物理问题的验证有赖于上千公里甚至更远距离的量子纠缠分发。