量子纠缠的漫长旅途:从“诡异”到自然法则

作者: Adam Levy

来源: Knowable Magazine

发布日期: 2023-08-18 18:03:15

量子纠缠从爱因斯坦的怀疑到实验验证,再到2022年诺贝尔奖的认可,经历了漫长的过程。这一现象的实验验证和理论发展不仅改变了物理学的面貌,也为现代技术如加密密钥带来了实际应用。

从爱因斯坦的怀疑,到贝尔测试,再到2022年的诺贝尔奖,量子纠缠已经成为物理学的一大支柱。最近,瑞士物理学家、日内瓦大学教授尼古拉斯·吉辛(Nicolas Gisin)接受Knowable Magazine科学记者、播客主持人亚当·拉维(Adam Levy)的采访,解释了量子纠缠概念的实验验证和获得认可为何需要数十年的时间。

科学记者亚当·拉维(左)与物理学家尼古拉斯·吉辛(右)回顾了量子纠缠这一现象是如何从哲学讨论到实验验证的。始于爱因斯坦的争论,亚当·莱维:关于现实的本质,量子物理学告诉了我们什么?远距离的粒子能否相互影响?宇宙是否真的诡异莫测?

尼古拉斯·吉辛:起初,(这些奇特性质)实际上就是人们所谓的波粒二象性。量子物理学预测粒子可以发生纠缠。这意味着两个或更多的粒子可以被联系在一起,并在本质上相互关联,以至于即使它们被分开,即使相隔很远,也不再可能独立地描述它们。观察其中一个粒子似乎会影响对另一个粒子的观察。

贝尔不等式的提出:从哲学到物理实验,亚当·莱维:实际上是在爱因斯坦去世后,1964年,约翰·斯图尔特·贝尔提出了一项可能能够解决这个问题的测试。这个我们现在称之为贝尔测试,它的核心是什么?

历经40余年的贝尔测试,亚当·莱维:贝尔实际上并没有进行自己的测试,他只是提出了这个想法。但究竟何人何时真正做了一个实验,可以明显地展示粒子确实以这种诡异的方式纠缠在一起呢?

一个重要应用:加密密钥,亚当·莱维:现在,这一切都是理论的吗?还是通过这种方式了解量子世界以及如何进行这些实验,已经为更平凡的日常世界带来了任何应用呢?

诺奖是对量子纠缠实验研究的整体认可,2022年诺贝尔物理学奖得主。从左至右为:阿斯佩、克劳瑟、塞林格。图源:诺奖官网

“远距离的诡异作用”争论已尘埃落定?亚当·莱维:现在是否可以说是尘埃落定了?我们现在能否确定地说,宇宙真的是诡异的,而且在这些贝尔测试中没有漏洞,也没有共谋的粒子在欺骗我们?

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