量子世界就像是一个隐藏在微观层面的奇幻森林,而量子纠缠便是这片森林中最神秘的现象之一。想象一下,有两个或多个粒子,它们如同森林中有着心灵感应的小精灵,即便相隔遥远,仿佛远在一万光年之外的不同角落,却能有着奇妙的关联。当其中一个粒子的状态发生改变,另一个粒子就像收到了神秘信号,会立即做出相应的变化,仿佛它们之间存在着超越时空的默契沟通。
但这种神奇的纠缠究竟是如何形成的呢?这一直是科学家们苦苦追寻的谜题,仿佛是在迷雾中寻找通往宝藏的路径。科学家们就像一群执着的探险家,不断深入量子世界的丛林,试图揭开这个奥秘。为了探索量子纠缠的秘密,世界各地的科研团队都在积极行动着。?
维也纳理工大学的研究人员与来自中国的团队组成了一支强大的科研联盟,他们如同并肩作战的英勇战士,携手开启了探索量子纠缠的征程。他们运用计算机模拟这一有力武器,深入到量子世界的微观层面,试图探索那些超快过程的奥秘。就像是借助了一张高科技的寻宝地图,通过计算机模拟,科学家们能够深入了解量子纠缠是如何在极短的时间内悄然发生的。?
在这项研究中,科学家们把目光聚焦在了原子身上。他们观察着被极强的高频激光脉冲击中的原子,这一过程就像是用一束超级能量光箭射中了微观世界的 “小宇宙”。当原子中的一个电子被这强大的冲击撕裂并飞离时,如果辐射足够强,原子中的第二个电子也会受到影响,如同被一只无形的手推动,转变为能量更高的状态,然后以不同的路径绕原子核运行,仿佛在原子核周围跳起了独特的舞蹈。?
激光脉冲过后,一个电子像一只离巢的小鸟迅速飞走,而另一个电子则留在原子中,但其原有的状态已发生了改变。这时,科学家们惊喜地发现,这两个电子已经进入了量子纠缠的奇妙状态,它们就像一对被命运紧紧相连的双胞胎,即便身处不同位置,也有着紧密的联系。?
那么,科学家们又是如何测量这种纠缠的速度呢?研究团队就像一群智慧的工匠,精心打造了一种结合了两种不同激光束的合适测量协议。通过这种独特的方法,他们证明了飞离的电子的 “出生时间”,也就是离开原子的时刻,与留下的电子的状态紧密相关。这两种特性正是量子纠缠的生动体现,就像两个相互呼应的音符,共同奏响了量子纠缠的奇妙乐章。?
研究结果显示,飞走的电子的诞生时间充满了不确定性。它仿佛处于一个神奇的量子迷宫中,处于不同状态的量子物理叠加中,离开原子的时间点既早又晚。在量子物理学的世界里,我们无法确定它 “真正” 是在哪个时间点离开的,因为这个问题根本不存在一个确定的 “实际” 答案。但我们可以发现,这个答案与原子中剩余电子的状态存在着量子物理联系,就像两根缠绕在一起的藤蔓,相互影响。如果剩余电子处于较高能量状态,那么飞走的电子很可能是在较早的时间点被撕裂出来的;如果剩余电子处于较低能量状态,那么飞走的自由电子的 “出生时间” 很可能较晚,平均约为 232 阿秒。?
阿秒,这个在日常生活中几乎从未听闻的时间单位,在量子研究领域却有着举足轻重的地位。它就像是微观世界里的时间小精灵,是目前人类物理学科研中所能达到的最小的时间单位层面。1 阿秒是一秒的一百亿亿分之一,用更直观的方式来说,它相当于一秒的十亿分之一的十亿分之一,数学上写作 10^-18 秒。如果把这两个处于纠缠状态的电子看作是量子纠缠的典型例子,那么此次研究团队测出的飞走的自由电子的 “出生时间” 232 阿秒,就如同在黑暗中点亮了一盏灯,成为了人类首次测出的量子纠缠所需的时间,大约相当于五千万亿分之一秒。不过需要注意的是,这个时间只是在一个原子中两个电子之间的纠缠状态改变的时间。?
这个极短的时间尺度,让我们对量子纠缠的速度有了更为深刻的认识。尽管这个速度几乎快到难以想象,但科学家们凭借着智慧和先进的技术,已经能够在实验中测量出这种超快纠缠的差异。就像在高速行驶的列车上,精准地捕捉到一个瞬间闪过的微小信号。?
研究者们还认为,这项研究不仅仅是揭示了量子纠缠的奥秘,它更像是为我们打开了一扇通往全新认知的大门。它表明仅仅将量子效应视为 “瞬时” 是远远不够的。只有当我们像拥有一把精细的钥匙,设法解析这些效应的超短时间尺度时,重要的相关性才会如同隐藏在宝箱中的珍宝般显现出来。正如研究团队成员所说:“电子并不是从原子中跳出来的。可以说,它是一种从原子中溢出的波,而这需要一定的时间。正是在这一阶段发生了纠缠,随后可以通过观察两个电子来精确测量其效果。”?
这项令人瞩目的研究成果已经于 10 月 23 日发表在权威物理学杂志《物理评论快报》上,如同在科学界投下了一颗重磅炸弹,引起了广泛的关注。?
量子的世界对人类来说至今仍充满着神秘的色彩,宛如一座尚未完全被探索的神秘城堡,其中还有着太多的奥秘等待我们去解开。但随着科学技术的不断进步,就像一辆马力十足的汽车不断加速前行,以及量子理论的深入发展,我们有理由相信,在未来的日子里,我们将对量子纠缠及其相关现象有更深入的认识和理解。这不仅将为量子计算、量子通信等前沿科技领域的发展提供强大的动力,如同为这些领域的火箭装上更强劲的引擎,推动人类社会向着更加美好的未来大步迈进。
校对 庄武