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“墨子号”再传捷报,首次验证量子这一特性,为爱因斯坦答疑解惑

前沿哨所 2019-09-21 16:31:03
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“墨子号”再传捷报,首次验证量子这一特性,为爱因斯坦答疑解惑

提起量子力学,在很多人的印象中这是一门很高深又很重要的学问,而中国已经在量子领域走在了前沿。得益于中国的“墨子号”量子卫星与一批优秀的科学家,中国在量子领域也不断实现突破。

据媒体报道,近日,中国科学技术大学潘建伟团队与国内外研究人员进行合作,利用“墨子号”量子卫星对一类预言引力场导致量子退相干的理论模型进行了实验检验。很多人乍一看可能会有点蒙,或许很多人听过“量子通信”、“量子密钥”、“量子纠缠”,现在又蹦出个“量子退相干”,这又是量子的什么特性?为何又能和引力场扯上关系?

“墨子号”再传捷报,首次验证量子这一特性,为爱因斯坦答疑解惑

构成物质世界的基本就是维持物质存在的基本能量以及物质运动的基本规律,而这也就牵扯到了量子力学与引力理论,这两项是构成物理学的两大基础,将这二者融合在一起则能去一窥物理学的奥秘。目前在物理学四大基本相互作用中,电磁、弱相互作用和强相互作用都已经能和量子融合,唯有引力与量子之间的联系一直没有找到。

近年来,澳大利亚物理学家提出了一个“事件形式”理论模型,探讨了引力可以导致量子的退相干效应,这就是这次“墨子号”量子卫星进行试验验证的方向,那么这又何解呢?

实际上量子其实“很怕孤独”,它们并不喜欢单独行动,更愿意与其他量子“抱团”,这也就是所谓的“量子纠缠”。而试验验证的是引力能否对量子之间的“纠缠能量”进行干扰,就像给磁铁消磁一般,使得本该“纠缠”在一起的量子不再想去“抱团”,也就是“量子退相干”。

“墨子号”再传捷报,首次验证量子这一特性,为爱因斯坦答疑解惑

科学家爱因斯坦称提出过著名的“广义相对论”理论,该理论认为物质间的引力作用所形成的引力场是时空弯曲的结果,而爱因斯坦也一直想验证引力场对量子的影响,但对量子进行试验并非一个简单地工作,而爱因斯坦的想法也将由中国的“墨子号”来验证。

虽说早在一个世纪前,人们就开始对量子进行研究,但人们也发现量子实际上极其不稳定,容易受到周围因素干扰而发生异变,这也就是“薛定谔的猫”,也正是因为量子的这个特性,对量子进行试验往往会困难重重。

不过科学家们也发现,量子在真空的环境下受干扰因素较小,会比地面稳定得多,而“墨子号”量子卫星无疑是对量子理论进行验证的最理想的试验平台。

“墨子号”再传捷报,首次验证量子这一特性,为爱因斯坦答疑解惑

2016年,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在我国发射成功,而“墨子号”的任务就是在真空中实现量子的稳定传播,为接下来的量子领域的科学研究打好了实践基础。截止2017年8月,“墨子号”完成了千公里级地星双向量子纠缠分发、地星量子密钥分发和地星量子隐形传态这三大目标,此次“墨子号”再传捷报。

得益于此前的实验研究打下的基础,“墨子号”也能在太空中为爱因斯坦答疑解惑。此次“墨子号”在距离地表500公里的轨道上,对穿越地球引力场的量子纠缠光子退相干情况展开测试,并排除了以往的“事件形式”理论所预言的引力导致纠缠退相干现象,而此次试验也首次得出了500公里高空中引力对量子退相干影响甚微这一结论,为将来更远的高空进行相关试验打下基础。(子文)

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