实验精神终将胜利:量子纠缠的祛魅七十年(2)

2023-05-21 来源:飞速影视

实验精神终将胜利:量子纠缠的祛魅七十年


1935年,正在与玻尔为代表的哥本哈根学派的爱因斯坦,联合了罗森、波多尔斯基共同发表了论文《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的?》。后人以三人名字的首字母命名其为“EPR”论文。文章中,爱因斯坦质疑了玻尔等人提出的量子力学设想,认为一个粒子只能在局部拥有其所有特性并决定所有测量结果。如果量子系统真的具有强关联态,那么这种管理关系要么会以超光速发生,但这显然违背了相对论;要么当时的量子力学设想具有某种不完备性,缺少前置条件。这个悖论被称为“EPR佯谬”。
由于EPR佯谬是以思想实验的方式提出的。于是玻尔在进行回击时,也主要抓住了思想实验的实验条件不充分、观测手段与观察方法有谬误等方向进行。这里我们无意也没有能力对物理学命题进行深入探讨。但可以发现的是,最初对量子纠缠是否为悖论的讨论,就集中在实验是否可行,以及实验的前提条件、观测手段等等。量子力学的世纪论战,并不是很多人想象的华山论剑,珍珑棋局,而是发起于实验,聚焦于实验条件是否成立,实验结果是否可信任,实验过程是否可重复。
“做个实验”——也成为接下来数十年量子纠缠探索的真正主题。
实验检索:光子纠缠与证伪贝尔不等式
为了在实验中探索量子纠缠是否可行,物理学界需要两项最重要的基础:实验介质与实验标准。
在用什么可以证明量子纠缠这一点上,物理学家约翰·惠勒在1946年找到了办法:用光。
光是一种具有振动方向的波动传导。自然界的光往往是光线随机混合在一起的,但如果通过某种实验手段,让光的振动方向被限制,成为只沿着一种方向振动的偏振光,就可以对光的振动进行观测。光子纠缠易操作,易观察,实验结果受其他因素干扰较少,成了此后对量子纠缠效应的主要实验手段。约翰·惠勒认为,按照量子力学的理论框架,正负电子对湮灭后生成的一对光子应该具有不同的偏振方向。1950年,著名华裔女科学家吴健雄宣布成功实现了光子纠缠实验,生成了历史上第一对偏振方向相反的纠缠光子。从那时起,关于量子纠缠的实验探索正式启动,到如今已经经历了70年岁月。

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