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科普:量子和量子纠缠分发

来源:新华社 发布时间:2017年06月16日

  新华社华盛顿6月15日电(记者林小春)中国科学家在全球首次实现千公里级的量子纠缠分发,相关论文成为新一期美国《科学》杂志的封面文章。这项被誉为“里程碑式”的成果涉及一系列名词,包括量子、量子纠缠、纠缠光子、纠缠分发、贝尔不等式等。

  量子:物理学中常用到量子概念,它是构成物质的基本单元,是能量的最基本携带者,不可再分割。比如,光子是光能量的最小单元,不存在“半个光子”。量子这个词来自拉丁语quantus,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。普朗克在1900年首次提出量子概念,经爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔、玻恩等科学巨擘不断完善,量子力学理论在20世纪前半期初步成形,目前还在不断发展中。

  量子纠缠:这是一种奇怪的量子力学现象,处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联,其中一个量子状态发生改变(比如人们对其进行观测),另一个的状态会瞬时发生相应改变。这种“心灵感应”似的神秘关联被称为量子非定域性,爱因斯坦称其为“鬼魅般的远距作用”。

  纠缠光子:光子也是一种量子,处于纠缠状态的光子被称为纠缠光子。

  纠缠分发:就是把制备好的两个纠缠量子分别发送到相距很远的两个点,通过观察两个点的测量结果是否符合贝尔不等式来检验量子纠缠的存在。这是验证远距离量子力学正确性和实现广域量子网络必不可少的手段。

  贝尔不等式:这是1964年由物理学家约翰·贝尔提出的一个数学不等式,在经典物理学中成立,但在量子力学中不成立,这可以验证量子力学理论。虽然过去已有大量实验支持量子力学,但是这些实验设计都存在漏洞。通过无漏洞的实验来检验贝尔不等式,一直是国际物理学界竞争最激烈的挑战之一。

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