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  • 1 # 小飛的自然與科學

    量子糾纏是量子力學中最令人困惑的領域,這是一個不為人知的物理領域,對於大眾而言它並非清晰易懂,並且知識結構相當複雜。

    那麼什麼是糾纏?如有共同來源的兩個微觀粒子之間,只要有一個粒子發生了改變,就能立刻影響到另一個粒子,當其中一顆狀態發生改變時,另外一顆也會立即發生相應的變化,以電子為例,自旋是電子的基本性質之一,自旋有兩種指向即上或下,觀測前我們沒法確定兩個糾纏狀態的電子處於哪個狀態,事實上它們正在處於兩種狀態的“疊加態”,只有在停下來的那一刻,我們才能知道究竟哪一面朝上,觀察時,糾纏中的兩個電子總能表現為一個朝上,另一個朝下的狀態,兩者之間建立了一種完美的關聯。當你觀察其中一個電子,那麼另一個電子就會自動變成與其相反的狀態,不論兩個電子相距多麼遙遠,即便跨越千山萬水天各一方,這種關係也是瞬間發生的。

    儘管愛因斯坦最早注意到微觀世界中的這一現象的存在,但是這顯然違背了沒有任何物體的運動速度可以超過光速這一條普適原則,因此他認為這種現象是不可能發生的,愛因斯坦將粒子糾纏現象稱為“幽靈般的超距作用”他拒絕承認宇宙的執行如此奇怪,看起來是如此的隨機,並把它的後果比喻為“上帝在擲骰子”。量子糾纏這個現象在現實中根本找不到一個很實在的例子,只能舉一個類似的例子:一對白手套肯定有一個是左手一個是右手,現在有兩個箱子,其中一個箱子放一個,然後兩個人分別把這兩個箱子帶走,一個去南極,一個去北極,然後南極的人開啟箱子後發現箱子裡面是左手套,那麼他就瞬間知道了北極那個箱子裝的就是右手套,量子糾纏類似這個,但是不能很好的表達量子糾纏的的這種性質。對於帶箱子去南極的人來說,當他開啟箱子那一刻,北極箱子的資訊已經瞬間傳遞給自己了,而這個資訊並不是南極箱子給他,而是類似量子糾纏這樣的機制傳遞給他了,只要有質量的物體都不可能超過光速的,包括普通的資訊傳遞。

    要透過科學實驗來展現量子糾纏這種現象極其困難,即便是最微小的環境干擾也有可能打斷所研究粒子間的聯絡,所以到目前為止,人們只成功用光子或與之大小相近的原子在極其微小的範圍內展示過這一現象。

    然而,在《Nature》雜誌刊登的一項新研究中,一個由來自不同高校的科學家組成的國際團隊完成了一次創舉——在大規模量級的實驗中實現了量子糾纏現象。這個實驗將有助於擴充套件人們對於量子力學的認知。這些科學家分別來自澳洲的新南威爾士大學、芝加哥大學和芬蘭的兩所高校——阿爾託大學和于韋斯屈萊大學。

    該團隊透過對電路施加微波,讓安裝在一枚矽質晶片上的兩個鋁製鼓膜發生高頻振動,併成功使兩個鼓膜的運動產生糾纏現象。這兩個鼓膜只有約 15 微米,大約與人類頭髮的寬度相當,但是它們包含了數十億計的原子,以量子尺度來看是巨大的。與之前糾纏實驗的物件相比,它們要大很多很多。

    芝加哥大學分子工程學院的教授 Aashish Clerk 表示:“我們的系統中有兩個很小的振動鼓膜,如果只觀測其中一個,你會覺得它的運動是完全隨機的。但是如果同時觀測這兩個鼓膜,你會發現兩者的振動模式是及其相關的,比方說一個鼓膜向上運動時,另一個就會向下運動。”

    他還說:“如果從經典物理的角度來看,兩個鼓膜的振動是不會出現如此強烈的相關性的,這種糾纏現象正是愛因斯坦所說的‘鬼魅般的超距作用’,也是一直令他迷惑不解的現象。”

    研究者們消除了各種環境干擾,並讓實驗在零下 273.15℃(接近絕對零度)的溫度下進行。令人吃驚的是,他們的實驗方法使得糾纏狀態持續了相當長的時間,差不多快半個小時。

    這個新發現意味著我們有可能在較大的物體中人為“製造”糾纏狀態,而這種可能性在多個方面都有著重大的意義。

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