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物理学家组成了一支激光薛定谔猫飞行大军

Christoph Hohmann,慕尼黑纳米系统倡议组织(NIM))

一个激光脉冲从铷原子上反弹,进入量子世界,呈现出“薛定谔猫”的怪异物理。然后另一个也做了同样的事。然后是另一个。

激光脉冲没有长出胡须或爪子。但是他们变成了著名的量子物理思想实验薛定谔猫的一个重要方式:它们是大物体,像亚原子物理学中同时死去和活着的生物一样,在两个同时矛盾的状态中存在。他们出生在芬兰的实验室对他们能生产多少没有限制。一个又一个的脉冲变成了量子世界的生物。而那些“量子猫”,虽然它们在实验机器内部只存在了一分之二,却有可能长生不老。“KDSPE”“KDSPs”在我们的实验中,[激光猫]被立即发送到探测器,因此它在其创建之后就被摧毁了,“Bastian Hacker说,德国马克斯·普朗克量子光学研究所的一名研究员,从事这项实验。[科学事实还是虚构的?

这十个科幻概念的真实性,但并不一定非得如此,哈克告诉《生活科学》:

“一种光学状态可以永远存在。”。因此,如果我们把脉冲发射到夜空中,它可以在类似猫的状态下存活数十亿年。

长寿是这些脉冲如此有用的一部分,他补充道。一只长寿命的激光猫可以在通过光纤的长期旅行中存活下来,这使得它成为量子计算机网络的一个很好的信息单位。

量子猫,死和活的

,那么,像薛定谔的猫那样产生激光脉冲意味着什么?首先,猫不是宠物。物理学家Erwin Schródinger在1935年提出了一个思想实验,指出他和他的同事当时才刚刚发现的量子物理学的完全不合理之处。[量子纠缠的工作原理(信息图表)]

这是它的工作原理:量子物理学规定,在特定条件下,一个粒子可以同时具有两个相互矛盾的特性。粒子的自旋(在宏观尺度上看起来不像自旋的量子测量)可能是“向上”的同时也是“向下”的。只有当它的自旋被测量时,粒子才会以某种方式坍缩。

物理学家对这种行为有几种解释,但最流行的解释(称为哥本哈根解释)说,粒子在被观察到之前并不是真的自旋向上或向下。在此之前,它处于一种国家之间的朦胧的虚幻世界中,只有在外部观察家的逼迫下才能决定一个或另一个。

薛定谔注意到这有一些奇怪的含义。

他想象了一个不透明的钢盒子,里面有一只猫、一个原子和一个密封的毒气玻璃瓶。如果原子衰变(这是一种可能性,但由于量子力学的原因,这不是一件确定的事情),盒子里的一个机制会打碎玻璃, ... 死猫。如果原子不衰变,猫就活了。把猫放在盒子里一个小时,薛定谔说,猫最终会在生与死之间“叠加”起来。

的问题是,他暗示说,这样做毫无意义。

然而,薛定谔的猫已经成为遵守古典法则的宏观事物的一种有用的速记物理学,但与量子物体相互作用,使它们既不完全具有一种特性,也不完全具有另一种特性。

在1月14日发表在《自然光子学》杂志上的一篇论文中描述了新的实验,研究人员创造了两种可能的量子态之间叠加的激光脉冲。他们称这些小脉冲为“飞光猫态”,

为了制造它们,他们首先将铷原子限制在两个只有0.02英寸(0.5毫米)宽(大约一粒盐的宽度)的镜子之间的一个空腔中。原子可以处于三种状态之一:2“g圆形的“状态”或一个“兴奋”状态。当光进入腔时,它与原子纠缠在一起,这意味着它的状态与原子的状态有着根本的联系。

然后,当光脉冲击中光探测器时,它就有了介于两者之间的信号,既不完全表现为与一种或另一种原子纠缠在一起。哈克说,这是一只由光构成的飞猫,

,这与光波的位置有关。在扫过原子后,光继续以波的形式在空间中移动:山和谷,山和谷。

(Giphy)

,但它变得不确定在任何给定的时刻,光的波是到达山顶还是下降到山谷中,哈克告诉《生活科学》。

光的作用好像至少有两个不同的波组成,每个波都是另一个的镜像。

(实际上,光可能有更多可能的形状:它的波总是有机会占据“山”顶部和“谷”底部之间的每一点。但是两个镜像波代表了两种最可能不确定的状态。)

研究人员说,在未来的道路上,这种将猫从一个地方送到另一个地方的能力可能对量子网络很有用。这是因为量子网络可能依赖于在量子计算机之间来回发送光,而不是电。

“最容易发送的是单光子,但当它们丢失(这种情况经常发生)时,它们携带的信息就消失了,”他说猫态可以编码量子信息的方式,使[我们]能够检测到光损耗并对其进行校正。尽管每一次光传输都有损耗,但信息都可以完美传输。

也就是说,还有很多工作要做。虽然研究人员能够“确定地”创造出猫,也就是说,每当他们进行实验时,猫都会出现,但猫并不总能在短暂的光接收器之旅中存活下来。光学是很棘手的,有时光在到达那里之前会闪烁出来。

还有,一个理智的人可能会质疑这些光脉冲是否真的算作薛定谔的猫。它们当然是经典物体,也就是说它们遵循大尺度物体的确定定律,但研究人员在论文中承认,在只有四个光子的尺度下,激光处于宏观和量子尺度的边缘;因此,在最广泛的定义下,它们可以说是宏观的。

“事实上,[一些]光子与现实世界中的宏观物体毫不相似,”Hacker说像我们所用的相干光脉冲的要点是,振幅可以在没有任何基本限制的情况下连续放大。但是没有理由不能用同样的基本概念来 ... 一些巨大的雪丁格猫科动物

,但是研究人员最终有信心使用这个术语,“光学飞猫状态”确实有它的环。

物理学中9个最大的未解之谜定义宇宙扭曲物理学的大量数字:7个令人振奋的发现

最初发表在《生活科学》杂志上。

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