每一场OU sooner橄榄球队的比赛都以抛硬币开始。没有人事先知道硬币是正面还是反面。在量子世界里,硬币是有可能的——就我们目前所知,根据一些最精确的测量,硬币同时处于正面和反面的状态。这被称为叠加态。只有当我们进行测量时,我们才会发现正面或反面。它是随机的!
这种类型的进程现在用于随机数生成。更令人惊讶的是,还有成对的“纠缠”硬币。当我们抛硬币时,结果也是随机的。但当一个正面朝上时,另一个也会正面朝上,即使扔到千里之外。实验证实了这一“诡异”的结果,这是2022年诺贝尔物理学奖认可的事情之一。
这些纠缠态的特性远远超出了头和尾这两个端点状态,通过操纵这些纠缠态,我们可以构建新型的计算机、传感器,甚至可能是安全的通信系统。
从实验上来说,我们观察的不是像硬币这样的大物体,而是亚纳米级的系统,比如光子、电子、原子和分子等等。它们都具有可测量的内部性质,如极化、自旋和能态。它们可以存在于状态的组合或纠缠态中。举个例子,光子的特性之一是它的偏振,因为它可以有水平或垂直偏振,就像硬币的正面或反面一样。如果你取两个纠缠的光子并将它们以相反的方向发送量子假设状态它们的内部性质(也就是这个纠缠态)对这两个光子来说都是固定的。当光子被两个相隔数千公里的接收器接收时,比如一个在美国另一个在澳大利亚,当其中一个测量偏振时,他们测量的要么是水平偏振要么是垂直偏振。不现实的结果是,无论在澳大利亚测量到什么两极分化,都将决定在美国测量到什么!换句话说,这些相关性原则上可以在很远的距离上持续存在。这些实验是由今年获得诺贝尔奖的三位科学家从20世纪60年代到90年代末按时间顺序进行的。
该奖项背后的历史同样引人入胜,并为创造性皇冠体育研究的完成提供了一些启示。在20世纪30年代,爱因斯坦,在他对量子力学的起源做出了非凡的贡献之后,对人们使用量子力学所看到的那种非直觉的结果感到非常沮丧。他与两位作者Podolsky和Rosen一起发表了一篇非常著名的论文(EPR论文),指出了量子力学中需要修复的缺陷,以创造一个与我们所感知的真实相一致的世界观。
几十年来,爱因斯坦和尼尔斯·玻尔之间一直有激烈的争论,尼尔斯·玻尔是上世纪另一位伟大的科学家,他们对量子力学持相反的立场,爱因斯坦质疑量子力学的原因是纠缠态等现象,这让他很困扰,而尼尔斯·玻尔则认为量子力学可以创造出反直觉的情况。
在他们死后的许多年里,与这些问题有关的问题一直处于一种停滞状态,直到一位名叫约翰·斯图尔特·贝尔的杰出的年轻科学家出现。20世纪40年代,贝尔还是贝尔法斯特女王大学的一名物理系学生时,他对量子力学的教学方式很不满意,一直在思考爱因斯坦那篇著名的论文,以及爱因斯坦和玻尔之间的辩论。他最终在60年代成为了一名加速器物理学家在欧洲核子皇冠体育研究中心做粒子物理学家但在业余时间他思考了很多关于爱因斯坦和尼尔斯·玻尔之间的争论。
最终,他在一份不知名的杂志上发表了一篇论文,现在被称为贝尔不等式,因为他担心科学界的反应。这本杂志今天已经不存在了,他的工作仍然被有限的引用所混淆。贝尔采用了爱因斯坦和其他人的抽象概念,并将它们浓缩成一个关于量子力学的简单陈述——贝尔不等式。它优雅地表明,量子力学对简单的物理系统做出预测,比如原子对或光子对的性质,这与爱因斯坦的立场不一致,即对现实的适当描述应该是感性和直觉的,而不是以奇怪的、纠缠的量子粒子为特征。用最简单的术语来说,贝尔证明了爱因斯坦是错的:抛出的量子硬币确实是正面和反面同时落地的!
当时还是皇冠体育研究生的约翰·克劳瑟对这篇论文很感兴趣,他把这篇论文拿给他在哥伦比亚大学的论文导师看,并提议做一些实验来验证贝尔的假设。他的教授建议他避免这种争议,他说这更像是哲学而不是科学,并要求他专注于其他项目。他答应了,但他一直在思考这篇论文,在他生命的后期,他做了第一个关于量子纠缠的漂亮实验,证明了贝尔不等式是真实的。他的作品没有被很好地引用,他可能在职业上受到了一些挫折。
15年后,Alaine Aspect接手了同样的问题,并以更高的准确性和严谨性进行了皇冠体育研究,并发表了一些非常漂亮的论文。科学界的反应不温不火,他最终决定退出这个领域,去做其他不同领域的杰出实验。最后,但并非最不重要的是,塞林格在千禧年即将结束的时候进行了一些杰出的实验,可以说是在棺材上钉了钉子,甚至验证了量子隐形传态的一些想法,其中一个系统的纠缠可以转移到另一个系统。克劳瑟率先提出了如何检验贝尔不等式的问题,而奥Aspect和塞林格则思考如何填补每一个潜在的漏洞。这些实验在技术上是他们那个时代的英雄。今天,我们认识到这一点的重要性,主要是因为对量子科学和工程的兴趣增强了。
所有这些的价值在于纠缠态是一种非常脆弱的状态,因此任何外部干扰,比如电场,磁场,或者在特定情况下,甚至是携带纠缠光子的光纤的物理振动,都可能对纠缠产生重大影响,因此它成为一个非常敏感的外部扰动传感器。给你一个想法,如果你创造了一个光通信系统,其中的光纤携带纠缠的光子,那么当一个闯入者进入这些光子(我的意思是通过监听来干扰线路),这将立即改变光子的纠缠,并将提示人们系统现在是不安全的,他们可以采取补救措施。此外,这种使用原子和其他系统的纠缠也可能具有很大的价值。事实上,基于这些纠缠原子的传感器本质上可以成为奇妙的引力探测器,因为它们可以测量重力异常,例如埋在地下的重物。当这些量子元素(称为量子位)中的几个处于纠缠状态时,它们使一种新型的量子计算成为可能,这种计算过程在传统计算机中不容易实现。
这整个故事有一些道德,我们可以拿走。有一些杰出的皇冠体育研究工作我们没有注意到,仅仅是因为它们没有被大量引用,因为它们太有原创性了。在所有这些科学家的例子中,他们不顾科学界的巨大阻力,坚持跟随皇冠体育app的直觉,充满激情地皇冠体育研究这个问题。然而,许多大学的皇冠体育研究人员追随热门领域,创造了一种潮流效应——在过去的几十年里,我们看到了很多这样的现象:高Tc超导体、高度相关的锰矿系统、稀释的磁性氧化物、二维材料、无机钙钛矿等等。这真的需要一定程度的自信和真正的直觉,在这种不太受欢迎的时候,做出这种突破性的皇冠体育研究可能是重要的。同行评议过程经常受到引文索引、领域热门度等因素的影响,这往往会使此类皇冠体育研究变得更加困难。