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研究驗證「量子糾纏」存在 突破光速不變論

科學家使用肉眼不可見的紅外線激光在室溫下實現宏觀尺度的量子糾纏。(phys.org 網頁截圖)
科學家使用肉眼不可見的紅外線激光在室溫下實現宏觀尺度的量子糾纏。(phys.org 網頁截圖)
【記者張秉開/編譯】近日,美國科學家在室溫下實現超光速的量子通信——量子糾纏(quantum entanglement)。

據物理學網站 phys.org 近日報導,芝加哥大學的分子工程研究所(Institute for Molecular Engineering)科學家在室溫下使用半導體圓晶片(semiconductor wafer)實現量子信息傳輸——量子糾纏。

報導說,本次芝加哥大學的最新試驗證實,在日常室溫下用小磁場於宏觀尺度中即可完成量子糾纏。研究者使用肉眼不可見的紅外線雷射,將成千上萬的電子和原子核的磁場態依序排列,然後經由類似核磁共振(MRI)的電磁脈衝,在40立方微米體積大的碳化矽(SiC)半導體內得到電子和原子核的量子糾纏結果。

因為碳化矽是一種能讓生物體良好適應的物質,所以科學家認為該實驗說明量子糾纏可以良好的被應用在醫學生物領域。研究者之一、IBM研究院的湯瑪斯‧華生研究中心(Thomas J. Watson Research Center)的亞伯拉罕‧佛克(Abram Falk)說:「我們很激動,得到因量子糾纏而改善的核磁共振成像探測器,這會在生物醫學領域有重要的意義。」

報導說,該最新試驗突破以前的很多限制。人們在過去的試驗中,必須製造超低溫(零下270攝氏度)與巨大磁場(比典型的製冷磁場大1,000倍)或使用化學反應器才能完成。

量子糾纏突破光速不變的理論限制

量子糾纏也稱量子纏結,是指微觀世界中的粒子之間所發生的相互影響沒有時間和空間障礙,也就是說兩個相互關聯的微觀粒子無論相隔多遠,一個粒子的量子狀態改變和另一個是同步發生的。

因為這種信息傳遞方式是超光速的,所以無法用愛因斯坦的光速不變原理來解釋。但是,根據量子理論,這種被稱為愛因斯坦的幽靈——超距作用(spooky action in a distance)的現象是存在的。

1982年,法國物理學家艾倫‧愛斯派克特(Alain Aspect)等人曾證實微觀粒子的「量子糾纏」。1993年,美國科學家查理斯‧貝內特(Charles Bennet)在量子糾纏理論的基礎上,提出了量子通訊(Quantum Teleportation)的概念,即利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現通信過程。

驗證量子糾纏具有重大意義

而在今年10月,歐洲科學家也驗證超光速的量子糾纏。《紐約時報》10月22日報導,荷蘭代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)的科學家採用貝爾試驗方法,觀測到相距1.3公里的成對電子之間的量子糾纏現象。

該研究的首席科學家羅納德‧漢森(Ronald Hanson)教授說:「自1970年代以來,人們就一直進行這種試驗,只是方法中需要附加各種假設。而我們現在的試驗(無須這些假設)證明了幽靈般超距作用。」

英國《每日郵報》10月21日報導說,這項實驗具有深刻意義,會引發具有挑戰性的哲學問題。英國伯明翰大學(Birmingham University)凱伊‧邦格斯(Kai Bongs)教授認為,這項研究不但向人們展示微觀下的量子現象與傳統經驗之間的巨大差異,而且具有開發超級安全加密通訊技術的實際意義。