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    研究人員破解了數十年前的測試為量子力學提供了支持

    在一項新的研究中,研究人員展示了創造性的策略,以擺脫長期混淆量子力學測試的漏洞。通過他們的創新方法,研究人員能夠證明兩個間隔超過180米(590英尺)的粒子之間的量子相互作用,同時消除了過去11年中共同事件影響其相互作用的可能性。

    解釋這些結果的論文將于9月15日至19日在美國華盛頓特區舉行的光學+激光科學前沿(FIO + LS)會議上發表。

    量子現象正在探索計算,加密,傳感等領域的應用,但研究人員還沒有完全理解它們背后的物理學。這項新工作可以通過改進探測量子力學的技術來幫助推進量子應用。

    物理學家長期以來一直在努力解決關于管理我們世界的力量的不同觀點。雖然量子力學理論逐漸超越了經典力學,但量子力學的許多方面仍然是神秘的。在20世紀60年代,物理學家約翰·貝爾提出了一種測試稱為貝爾不等式的量子力學的方法。

    這個想法是兩個派對,綽號為愛麗絲和鮑勃,對位于相距很遠但通過量子糾纏相互連接的粒子進行測量。

    如果世界確實完全由量子力學支配,那么這些遠程粒子將通過量子相互作用的非局部相關性來控制,這樣測量一個粒子的狀態會影響另一個粒子的狀態。然而,一些替代理論認為粒子似乎只是相互影響,但實際上它們是由經典的,而不是量子的物理學之后的其他隱藏變量連接起來的。

    研究人員已經進行了許多實驗來測試貝爾的不等式。然而,實驗并不總是完美的,并且存在可能導致誤導結果的已知漏洞。雖然大多數實驗都強烈支持存在量子相互作用的結論,但這些漏洞仍然存在研究人員可能無意中影響隱藏變量的可能性,因此留下了懷疑的余地。

    在這項新研究中,李和他的同事展示了彌合這些漏洞的方法,并增加了量子力學控制兩個粒子之間相互作用的證據。

    “我們實現了一個無漏洞的貝爾測試,其測量設置由遠程宇宙光子決定。因此我們以高可信度驗證了量子力學的完整性,”中國科學技術大學李明漢說。是該論文的第一作者。

    他們的實驗裝置包括三個主要部分:一個定期發出成對糾纏光子的裝置和兩個測量光子的裝置。這些電臺是愛麗絲和鮑勃,用貝爾的不等式來說。第一個測量站距離光子對源93米(305英尺),第二個站距離相反方向90米(295英尺)。

    糾纏光子通過單模光纖傳播到測量站,在那里用普克爾斯盒測量它們的偏振態,并用超導納米線單光子探測器探測光子。

    在設計他們的實驗時,研究人員試圖克服三個關鍵問題:損失和噪聲使檢測不可靠(檢測漏洞)的想法,任何影響Alice和Bob的測量選擇的通信都會使測量成為可能的(局部漏洞)并且認為不是“真正自由和隨機”的測量設置選擇使得結果能夠由共同過去的隱藏原因(選擇權自由漏洞)控制。

    為了解決第一個問題,Li和他的同事通過比較光子行程開始和結束時的測量結果,證明了它們的設置達到了足夠低的損耗和噪聲水平。為了解決第二個問題,他們建立了實驗裝置,在測量設置選擇事件之間進行了類似空間的分離。為了解決第三個問題,他們根據11年前的宇宙光子行為進行了測量設置選擇,這提供了很高的信心,即粒子在過去11年中共享的任何內容都沒有產生影響結果的隱藏變量。

    將理論計算的預測與實驗結果相結合,研究人員能夠證明糾纏光子對之間的量子相互作用具有高度的置信度和保真度。因此,他們的實驗提供了強有力的證據,證明量子效應而非隱藏變量是粒子行為的背后。

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