近日,美國科學(xué)家在室溫下實現(xiàn)超光速的量子通信——量子糾纏。量子糾纏,是量子力學(xué)里最古怪的東西,因為它能產(chǎn)生“鬼魅般的超距作用”。在未來世界里,人類或許能通過量子糾纏來實現(xiàn)“瞬間移動”,將人體或物體從一處傳送到另一處。
1935年,愛因斯坦認為他終于找到了量子力學(xué)的致命弱點。這事件詭異至極,它違反了宇宙中所有的邏輯,愛因斯坦認為這是能夠證明量子力學(xué)不完備的關(guān)鍵——這就是“量子糾纏”。
據(jù)物理學(xué)網(wǎng)站phys.org近日報導(dǎo),芝加哥大學(xué)的分子工程研究所科學(xué)家在室溫下使用半導(dǎo)體圓晶片實現(xiàn)量子信息傳輸—— 量子糾纏。
報導(dǎo)說,本次芝加哥大學(xué)的最新試驗證實,在日常室溫下用小磁場于宏觀尺度中即可完成量子糾纏。研究者使用肉眼不可見的紅外線激光,將成千上萬的電子和原子核的磁場態(tài)有序地排列,然后通過類似核磁共振(MRI)的電磁脈沖,在40立方微米體積大的碳化硅(SiC)半導(dǎo)體內(nèi)得到電子和原子核的量子糾纏結(jié)果。
因為碳化硅是一種生物體能很好適應(yīng)的物質(zhì),所以科學(xué)家認為該實驗表明量子糾纏可以很好地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生物領(lǐng)域。研究者之一、IBM研究院的托馬斯沃森研究中心(ThomasJ. Watson Research Center)的亞布拉罕?法克(AbramFalk)說:「我們很激動,得到因量子糾纏而改善的核磁共振成像探測器,這會在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有重要的意義?!?/p>
科學(xué)家使用肉眼不可見的紅外線激光在室溫下實現(xiàn)宏觀尺度的量子糾纏。
報導(dǎo)說,該最新試驗突破以前的很多限制。人們在從前試驗中,必須制造超低溫(零下270攝氏度)與巨大磁場(比典型的制冷磁場大1,000倍)或使用化學(xué)反應(yīng)器才能完成。
量子糾纏突破光速不變的理論限制
量子糾纏也稱量子纏結(jié),是指微觀世界中的粒子之間所發(fā)生的相互影響沒有時間和空間障礙,也就是說兩個相互關(guān)聯(lián)的微觀粒子無論相隔多遠,一個粒子的量子狀態(tài)改變和另一個是同步發(fā)生的。
因為這種信息傳遞方式是超光速的,所以無法用愛因斯坦的光速不變原理來解釋。但是,根據(jù)量子理論,這種被稱為愛因斯坦的幽靈——超距作用(spookyaction in a distance)的現(xiàn)象是存在的。
愛因斯坦
1982年,法國物理學(xué)家艾倫?愛斯派克特(AlainAspect)等人曾證實微觀粒子的「量子糾纏」。1993年,美國科學(xué)家查理斯?貝內(nèi)特(CharlesBennet)在量子糾纏理論的基礎(chǔ)上,提出了量子通信(QuantumTeleportation)的概念,即利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現(xiàn)通信過程。
驗證量子糾纏具有重大意義
而在今年10月,歐洲科學(xué)家也驗證超光速的量子糾纏?!丁?0月22日報導(dǎo),荷蘭代爾夫特理工大學(xué)(Delft Universityof Technology)的科學(xué)家采用貝爾試驗方法,觀測到相距1.3公里的成對電子之間的量子糾纏現(xiàn)象。
該研究的首席科學(xué)家羅納德?漢森(RonaldHanson)教授說:「自上個世紀70年代以來,人們就一直進行這種試驗,只是方法中需要附加各種假設(shè)。而我們現(xiàn)在的試驗(無須這些假設(shè))證明了幽靈般超距作用?!?/p>
英國《每日郵報》10月21日報導(dǎo)說,這項實驗具有深刻意義,會引發(fā)具有挑戰(zhàn)性的哲學(xué)問題。英國伯明翰大學(xué)(BirminghamUniversity)凱伊?邦格斯(KaiBongs)教授認為,這項研究不但向人們展示微觀下的量子現(xiàn)象與傳統(tǒng)經(jīng)驗之間的巨大差異,而且具有開發(fā)超級安全加密通信技術(shù)的實際意義。
如果將這種技術(shù)繼續(xù)發(fā)展下去會如何呢?既然我們的身體也是由粒子所組成的,這項技術(shù)未來能否用來傳送人體呢?假如你人在上海,卻想去巴黎吃頓午餐,那么理論上,量子糾纏在未來可以使之實現(xiàn)。你只需要在上海把自己變成一群粒子,并使它們與巴黎的另一群粒子糾纏。
星際旅行需要時間,而且是不可忍受的時間。傳統(tǒng)認為光速最快,但目前人類實現(xiàn)了量子瞬間傳輸技術(shù)的重大突破,量子隱形傳態(tài)研究取得進展,實驗表明量子糾纏的傳輸速度至少比光速高4個數(shù)量級。在量子糾纏的幫助下,帶傳輸量子攜帶的量子信息可以被瞬間傳遞并被復(fù)制,因此就相當于科幻小說中描寫的"超時空傳輸",量子在一個地方神秘地消失,不需要任何載體的攜帶,又在另一個地方神秘地出現(xiàn)。
對于星際旅行來說,未來的星際飛行器可采用量子纏繞的現(xiàn)象實現(xiàn)飛行器的瞬間轉(zhuǎn)移,而在指定位置被復(fù)制再出現(xiàn)。當然,目前的科技還打不到讓物體實現(xiàn)量子化瞬時轉(zhuǎn)移,但物體都是由原子及次原子組成的,其物質(zhì)形態(tài)和能量均可量子化,所以未來也許可根據(jù)量子糾纏現(xiàn)象實現(xiàn)星際航行。
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