《科學(xué)》雜志發(fā)表重磅突破：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宏觀物體量子糾纏直接證據(jù)

美國《科學(xué)》雜志近日發(fā)表兩項(xiàng)量子力學(xué)重磅突破：其中一項(xiàng)研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宏觀物體量子糾纏的直接證據(jù);另一項(xiàng)研究則實(shí)現(xiàn)了對不確定性原理的“規(guī)避”，而這正是量子力學(xué)的基本定律之一。這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都以確鑿的證據(jù)證明了宏觀物體也可以實(shí)現(xiàn)量子糾纏，不但有望在未來量子網(wǎng)絡(luò)中提供長期網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，還能極大地推動暗物質(zhì)與引力波探測相關(guān)技術(shù)研發(fā)。

如果說量子力學(xué)有什么“令人討厭”之處，那就是人們會認(rèn)為這一領(lǐng)域很大程度上如同“想象”的學(xué)科——在現(xiàn)實(shí)中幾乎不可能看到。實(shí)際上，量子力學(xué)不僅僅是微觀的理論，我們所知的所有物質(zhì)，從根本上來說都是量子。但不得不承認(rèn)，奇怪的量子效應(yīng)在大于幾個(gè)原子的任何事物中都很難觀察到。因此，找尋宏觀物體的量子效應(yīng)的證據(jù)，也成為物理學(xué)家們的一大目標(biāo)。

此次，在《科學(xué)》刊登的其中一項(xiàng)研究中，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)使用微波脈沖讓兩張小的鋁片膜進(jìn)入量子糾纏狀態(tài)。該鋁片膜的尺寸為每張長20微米，寬14微米，厚度100納米，質(zhì)量為70皮克，相當(dāng)于大約1萬億個(gè)原子的質(zhì)量——盡管非常微小，但以量子的標(biāo)準(zhǔn)而言，它們已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)大的尺度。

在施加脈沖微波后，鋁片膜維持了大約1毫秒的量子狀態(tài)，團(tuán)隊(duì)成員仔細(xì)分析了反射的微波。通常來講，反射回的微波應(yīng)是隨機(jī)的，但是當(dāng)他們將結(jié)果繪制成圖、對比兩者信息時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)兩張鋁片膜看似無規(guī)律的振動之間，其實(shí)存在著高度的關(guān)聯(lián)性。這一點(diǎn)只有量子糾纏才做得到，也就是兩張鋁片膜發(fā)生了量子糾纏。此后，團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了1萬次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

在另一項(xiàng)研究中，芬蘭阿爾托大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在8毫開爾文的溫度下，讓兩個(gè)鋁鼓膜進(jìn)入長時(shí)間、相對穩(wěn)定的糾纏態(tài)。研究人員可以對同一個(gè)糾纏態(tài)進(jìn)行多次測量，實(shí)現(xiàn)了“規(guī)避”量子力學(xué)中的不確定性原理。

研究人員表示，如果將兩個(gè)鼓視為一個(gè)量子力學(xué)實(shí)體，那么其運(yùn)動狀態(tài)的不確定性就被消除了。但實(shí)驗(yàn)中沒有任何地方違反不確定性原理，他們是選擇了一組特定的、不會被該原理“禁止”的參數(shù)。

總編輯圈點(diǎn)

理解量子世界，需要“腦洞大開”“輕裝上陣”，最好把在宏觀世界的既往經(jīng)驗(yàn)都丟掉，才能窺得這個(gè)微觀世界的神奇。一般認(rèn)為，在宏觀世界，因?yàn)?ldquo;噪音太大”，量子效應(yīng)的魔法就會失靈。這一次，科研人員通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，證明宏觀物體也能發(fā)生量子糾纏——也就是“心靈感應(yīng)”般的相互作用。盡管只有1毫秒，但放在量子尺度上，也是具有說服力的時(shí)長了。科研人員說，他們并沒有發(fā)現(xiàn)什么新的量子力學(xué)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果本身，已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)耐黄菩院皖嵏残浴?/p>

(張夢然)