一篇最新發(fā)表在《物理評(píng)論X》雜志上的論文報(bào)道，成功在兩個(gè)空間分離的玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）中實(shí)現(xiàn)了愛因斯坦-波多爾斯基-羅森（EPR）悖論的實(shí)驗(yàn)。這是首次在包含大量粒子的量子系統(tǒng)中觀察到EPR悖論，表明量子力學(xué)與局域?qū)嵲谛灾g的沖突并不隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大而消失。此外，EPR糾纏結(jié)合對(duì)兩個(gè)凝聚體的單個(gè)量子操作，為用多粒子系統(tǒng)進(jìn)行量子計(jì)量和信息處理提供了重要的資源。
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EPR悖論指出，如果量子力學(xué)是完備的，那么這種預(yù)測(cè)必須是確定的，即不受測(cè)量不確定性的限制。但是，這與海森堡不確定性原理相矛盾，后者規(guī)定了兩個(gè)互補(bǔ)性質(zhì)（例如位置和動(dòng)量或兩個(gè)正交分量的自旋）的不確定度的下限。因此，EPR得出結(jié)論，量子力學(xué)是不完備的，必須存在一些隱藏變量來描述系統(tǒng)的完整狀態(tài)。
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在本次實(shí)驗(yàn)中，BEC是一種特殊的量子態(tài)，其中大量的玻色子在極低的溫度下聚集在一個(gè)微觀的波包中，表現(xiàn)出宏觀的量子行為。為了實(shí)現(xiàn)這種方案，研究人員首先用一個(gè)磁場(chǎng)陷阱制備了一個(gè)含有約1400個(gè)銣原子的BEC，并用一個(gè)光學(xué)勢(shì)壘將其分成兩個(gè)空間分離的凝聚體。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)凝聚體的自旋方向相反且長(zhǎng)度相等時(shí)，它們的S_x和S_y分量呈現(xiàn)出很強(qiáng)的反相關(guān)性，即一個(gè)凝聚體的S_x越大，另一個(gè)凝聚體的S_x越小，反之亦然。同樣的情況也發(fā)生在S_y分量上。這種反相關(guān)性導(dǎo)致了兩個(gè)凝聚體的不確定度之積低于海森堡不確定性原理所規(guī)定的下限，從而滿足了EPR標(biāo)準(zhǔn)。
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本次實(shí)驗(yàn)的成功為多粒子系統(tǒng)進(jìn)行量子計(jì)量和信息處理提供了新的資源，也進(jìn)一步證明了量子力學(xué)和局域?qū)嵲谛灾g的沖突并未因系統(tǒng)規(guī)模而消失。該研究對(duì)于推動(dòng)量子信息和量子計(jì)算的發(fā)展具有重要的意義。
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