一种诡异的量子现象被首次测量

2025-02-19 23:04:56阅读量:4 字体:

一种诡异的量子现象被首次测量

一种诡异的量子现象被首次测量

在量子物理学领域,不同的物理量之间可以存在很强的关联。比如一个量子系统中的不同粒子或者部分粒子,可以“共享”一定量的信息。关于这一点,有一些看似奇特的理论预测。比如有人认为,对这种“互信息”的测量,并不取决于系统的大小,而只取决于它的表面。

现在,这一令人讶异的观点已经在一组国际团队的实验中得到了证实。结果已发表在《自然·物理学》上。

量子信息的关联

想象一个气体容器中的情况,微小的颗粒在容器中飞来飞去,像一颗颗小球一样以一种非常经典的方式运动。如果系统处于平衡态,那么分布在容器不同区域的粒子就对彼此一无所知,它们是相互完全独立的。可以说,两个粒子共享的互信息是零。

然而,在量子世界中,情况则有所不同。如果粒子的行为是量子化的,那么它们在数学上是相连的,也就是说它们不再是相互独立的,如果忽略其他粒子,就无法有意义地描述出一个粒子。

对于这类情况,科学家很早就对多体量子系统的不同子系统之间共享互信息做出了预测。他们认为,在这样的量子气体中,共享的互信息大于零,而且它并不取决于子系统的大小,而仅仅取决于子系统的外部边界面。

这种预测从直觉上来说似乎很奇怪,这就好仿佛在说,一本书中包含的内容多少并不取决于它的体积,而仅仅和图书的封面面积有关。但这就是量子世界中的情况。

测量超冷原子

新研究所使用的是由超冷原子构成的量子系统。这些粒子被冷却到了略高于绝对零度的温度,并被困在一个原子芯片中。在极低的温度下,这些移动缓慢的粒子的量子特性会变得越来越重要, 信息在系统中也扩散得越来越多,整个系统中各个部分之间的联系也变得越来越显著。在这种情况下,这个系统可以用量子场理论来描述。

在实验中,研究人员需要获得关于量子系统的完整信息。这是非常具有挑战性的工作。为此,他们开发了一种特殊的断层扫描技术,通过轻微地扰动原子,然后观察产生的动态,来获取需要的信息。

在实验中,科学家创造了这个量子系统的两个“拷贝”,它们是两团雪茄状的原子云,会随着时间的推移不断演化而不产生相互影响。在这个过程的不同阶段,团队进行了一系列的实验,揭示出了这两份拷贝的相关性。

通过构建这些相关的整个历史,可以推断出系统的初始量子态是什么,并获取有关它的属性的信息。他们最初拥有的是一个有着极强耦合的量子液体,然后他们将它一分为二,让其各自演化为两个独立的液体,最后再将它们重新组合,来揭示液体中的涟漪。这就好比在池塘里扔了一块石头,然后通过观察池塘里的涟漪来获取有关液体和池塘状态的许多信息,并推断石头的属性,比如它的大小、形状和重量。

只要系统的温度没有降到绝对零度(这是不可能的),这种“共享信息”的范围就是有限的。在量子物理学中,这与“ 相干长度”有关,它代表了一种距离范围,在这个范围里,粒子会有着相似的量子行为,从而它们知道彼此。

这同样解释了为什么共享信息在经典气体中无关紧要。因为在一个经典多体系统中,相干性不复存在,粒子不再知道关于它们相邻粒子的任何事情。此外,温度和相干长度对互信息的影响也在实验中得到证实。

量子信息的重要性

量子信息在当今量子物理学的许多技术应用中起着至关重要的作用。因此,这项实验结果与各种研究领域相关,从固态物理到引力的量子物理研究无一不包。

这一突破为技术进步提供了希望。研究人员介绍,在量子计算的时代,对正在构建的系统进行精确的表征至关重要。量子计算依赖于在不同子系统之间产生纠缠的能力,而这正是可以用实验开创的方法进行探测的。这种精确表征的能力也可能带来更好的量子传感器,这也是量子技术的另一个应用领域。

推荐阅读

  • 2021年5月汽车品牌销量排行榜:吉利上榜,大众第一

    2021年5月汽车品牌销量排行榜:吉利上榜,大众第一

    世界上汽车品牌非常的多,各种车型应有尽有,可以满足不同的消费者需求。想必大家对奔驰、大众、宝马、丰田、本田等等品牌都不陌生,都有着很不错的可靠性表现,也都有着很高的质量口碑。那么,在众多的汽车品牌中,...

    阅读: 3623

  • 2021年5月豪华SUV销量排行榜:特斯拉领跑

    2021年5月豪华SUV销量排行榜:特斯拉领跑

    随着人们的消费水平日渐提高,对于买车的选择也逐渐向豪华品牌靠拢,既想追求品质还想彰显身份的象征。这几年SUV车型实在是太火了,SUV是很多人喜欢的车型,也很适合家庭使用,它分大型。中型、小型以及紧凑型...

    阅读: 2033

  • 2021年5月日系轿车销量排行榜,卡罗拉仅排第二

    2021年5月日系轿车销量排行榜,卡罗拉仅排第二

    现在国内车市竞争激烈,尤其是在最核心的家用轿车市场。所谓日系车”是指在日本生产或者在其他地区生产的日本品牌汽车。日系车凭借其较高的性价比、节油性能、优秀的做工在全球赢得了较大市场。常见的日...

    阅读: 2951

  • 手机最常用的软件排名,微信第一,淘宝第二!

    手机最常用的软件排名,微信第一,淘宝第二!

    手机是人们日常生活中必不可少的工具,从原来的功能机进入到现在的智能手机,对于我们来说越来越重要了。现在智能手机功能越发的强大,我们不仅能用它打电话、听歌及看电影,而且还能够上网聊天和打游戏,更可以通过...

    阅读: 3000

  • 焗油膏什么牌子好?焗油膏十大品牌排行榜

    焗油膏什么牌子好?焗油膏十大品牌排行榜

    众所周知,烫发其实有会损伤发质的,你越折腾你的头发,你的发质也会越来越差。而焗油膏能够滋润受损发质,令秀发重获光泽柔亮,彻底改善发质。目前市场上焗油膏品牌那么多,你知道焗油膏什么牌子好?现在彩霞奇闻网...

    阅读: 2849

  • 2021十大生鲜超市品牌排行,永辉超市排名第一

    2021十大生鲜超市品牌排行,永辉超市排名第一

    这些年来,各种新零售发展得都挺好,各行各业都加紧参与到新零售的浪潮中实现自身的转型发展。生鲜领域也不例外,生鲜超市在人们生活中提供了很多方便,也是网购热潮的产物,评分更高的生鲜超市通常都具备食材新鲜、...

    阅读: 1185

  • 2021年6月比亚迪汽车销量排名,秦PLUS DM第一

    2021年6月比亚迪汽车销量排名,秦PLUS DM第一

    比亚迪是一家中国汽车品牌,创立于1995年,主要生产商务轿车和家用轿车和电池。比亚迪汽车的每月销量也是很高的,比如比亚迪宋、汉EV等都是很热销的车型,那么,你知道2021年6月比亚迪汽车销量怎么样呢?...

    阅读: 1228

  • 2021年6月奇瑞汽车销量排行榜:瑞虎8获得销量冠军

    2021年6月奇瑞汽车销量排行榜:瑞虎8获得销量冠军

    奇瑞汽车股份有限公司是一家从事汽车生产的国有控股企业,1997年1月8日注册成立,总部位于安徽省芜湖市,公司产品覆盖乘用车、商用车、微型车等领域。根据统计,奇瑞汽车在今年6月累计售出了49575辆,在...

    阅读: 836

  • 2021年6月别克汽车销量排行榜:昂科威排第一

    2021年6月别克汽车销量排行榜:昂科威排第一

    上汽通用别克是美系车的代表品牌之一,它在全球也是备受关注的。别克(Buick)是由美国通用汽车公司在美国、加拿大和中国营销的一个汽车品牌。它在北美、中国、独联体国家以及中东都有销售。那你知道今年6月别...

    阅读: 683

  • 2021年6月奥迪汽车销量排行榜:奥迪A6第一,奥迪Q5次之

    2021年6月奥迪汽车销量排行榜:奥迪A6第一,奥迪Q5次之

    奥迪是德国豪华汽车品牌,也是著名的汽车开发商和制造商,其标志为四个圆环相扣。现为德国大众汽车公司的子公司,总部设在德国的英戈尔施塔特,并在中国等许多国家有分公司。奥迪汽车在中国是很受欢迎的。据悉,奥迪...

    阅读: 3361

热门文章