量子的孤立性導致,量子糾纏只能發生在微觀物體

2020-12-05 亞博網

量子糾纏,這是前些時期十分火熱的一個物理詞彙,量子通訊衛星的誕生更是將量子糾纏的熱度推向了巔峰,雖然很多人至今還並未理解量子糾纏的本質,但是不可否認的是,量子糾纏已經成為了量子力學的基本特徵之一,不過在量子力學剛剛發展的十九世紀二三十年代,量子糾纏並未得到物理學屆的一致認可,反而遭到了很多保守物理學家的挑戰與攻擊,而這些保守的物理學家並非學術不精、頑固不化,保守派中不乏像愛因斯坦、薛丁格這樣在整個物理學史上都舉足輕重的大師。

愛因斯坦、薛丁格等人之所以不認同量子糾纏,愛因斯坦甚至稱其為鬼魅般的超距作用,主要是由於量子糾纏首先違背了信息傳遞的最高速度—光速,其次還挑戰了定域原則,這為很多物理學家所不容,不過這些並不是這篇文章的重點,這篇文章重點和大家聊一聊量子糾纏的範圍。

量子糾纏,如果僅僅從物理定義上來說,量子糾纏可以適用於任何量子系統,從極小的微觀粒子到肉眼可見的宏觀物質,理論上都可以適用與量子糾纏現象,但實際上,量子糾纏是十分脆弱的,想要實現量子糾纏的難度極大,就算在光子上實現量子糾纏都需要極其苛刻的條件,只要稍加幹擾,脆弱的量子糾纏就有可能被打破,更別是說在宏觀物體上實現量子糾纏了,探其原因,主要是以下兩個方面:量子的孤立性與頻率範圍。

量子的孤立性主要是指量子系統能否排除外界的幹擾,這是一種理想化的狀態,但是在現實中是很難實現的,因為在現實中存在著各種幹擾,例如:噪音幹擾,常見的電磁輻射,無處不在的宇宙微波輻射等等,所以想要做到絕對的孤立幾乎是不可能的,即使我們極可能的排除了外界的幹擾,量子系統內也存在著一個天然的幹擾,例如電子與電子之間的庫侖力,光子與光子之間的弱幹擾等等,所以量子系統內的量子越大,受到了幹擾也就越多,實現量子糾纏的難度也就越大,量子的孤立性限制了量子糾纏很難發生在宏觀物體上。

其次就是量子的頻率範圍,量子的頻率,我們可以將其理解成量子攜帶的能量,量子糾纏更容易實現於量子能量大於周圍環境能量的粒子,因為量子的高能量可以絕大程度上屏蔽掉外界的幹擾,本質上還是源於量子的孤立性,也正是因為量子的孤立性,導致量子糾纏幾乎只能實現在極小的微觀粒子身上。

不過2018年4月25日,芬蘭阿爾託大學大學做的一項物理實驗似乎要重新刷新我們對於量子行為的認知,芬蘭阿爾託大學大學成功的在由1024個金屬鋁原子組成的鼓面上,通過超高的震動頻率實現了量子糾纏,鼓面的直徑是15納米,相當於人的頭髮絲大小,這已經達到了人眼可見的程度,芬蘭阿爾託大學大學所做的實驗是目前為止目標最大的量子糾纏,在宏觀物體上實現量子糾纏,不僅僅意味著量子理論有望取得新突破,這項實驗還會對於超距傳輸產生重大影響。

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  • 芬蘭物理學家首次在宏觀物體上實現量子糾纏
    大家好,歡迎收看量子科普第119期,今天和大家聊一聊關於芬蘭物理學家首次在宏觀物體上實現量子糾纏的那些事兒。愛因斯坦是二十世紀初量子力學的締造者之一,但愛因斯坦卻對於微觀量子世界中一種現象十分不解,甚至多次質疑過這種現象存在的合理性,這種現象就是微觀量子世界中的量子糾纏現象,處於糾纏系統內的兩個或多個粒子可以保持詭異般的聯繫,這種聯繫既不受時間的約束,又不受空間的束縛,即使處於糾纏系統的粒子,一個在地球,另一個遠在銀河系的邊緣,它們也可以根據對方的變化而做出相應的變化
  • 量子糾纏是如何實現的?量子糾纏的定義
    描述了兩個粒子互相糾纏,即使相距遙遠距離,一個粒子的行為將會影響另一個的狀態 。當其中一顆被操作而狀態發生變化,另一顆也會即刻發生相應的狀態變化。  在討論這個巨大的話題之前,讓我們先想像一個平凡而熟悉的場景:你在教室裡,但老師不在。  這個時候飛來飛去的紙團,八卦和尖叫笑聲充斥在空氣裡。  「小心!老師回來了!」
  • 量子糾纏的本質是什麼?量子之間為何會發生糾纏?
    首先肯定一點:量子糾纏是微觀粒子間的一種特殊物理現象,已被實驗觀測證實,並非是猜測。量子不是某種粒子的稱呼,而是具有量子現象的微觀粒子的統稱。其次我們需要明白,微觀粒子具有波粒二象性,這點已經被大量的實驗觀測證實。微觀粒子與我們宏觀世界的物質不同,它們既是物質又是波,不是我們看到過的任何東西。還有「全同粒子」的概念,量子力學裡對同一類粒子的定義,比如所有的電子是全同粒子;所有的中子是全同粒子。全同粒子有一個特性叫做疊加態原理,如何理解?
  • 什麼是量子糾纏?
    以光子的糾纏為例,一束紫外雷射被發射到一種特殊的晶體。接著,該晶體會釋放一對偏振方向相反的糾纏光子。如果我們發現處於甲地的光子偏振方向水平,則我們就知道另外一個光子的偏振方向是垂直的。在沒有測量它們之前,兩個光子處於疊加態,每種狀態都有可能發生,無法確定哪種狀態會發生。
  • 在遙遠的大物體之間實現量子糾纏
    由於與光的相互作用,原子自旋的進動與膜的振動變得量子相關。這就是原子和膜之間糾纏的本質。資料來源:尼爾斯波爾研究所哥本哈根大學尼爾斯波爾研究所的一組研究人員成功地纏繞了兩個截然不同的量子物體。這一研究結果在超精密傳感和量子通信方面有幾個潛在的應用,目前發表在《自然物理》雜誌上。糾纏是量子通信和量子傳感的基礎。
  • 究竟什麼是量子糾纏?
    如果我們不關心這段話的量子力學背景,這種情況在經典世界中是經常發生的,比如兩個水波的疊加,水波中某個點處的水其實是同時處於兩種狀態的疊加之中。態的疊加當然不僅限於兩個波之間,也可以是無限制多個波的疊加。在量子力學中,疊加態意味著,一個微觀粒子可以同時處於多種狀態。
  • 究竟什麼是量子糾纏?
    墨子號實驗衛星的上天,讓量子糾纏一詞迅速傳播到大街小巷,然而對於這樣一個專業的詞彙,很多人並不明了其中的物理含義,老郭想利用此篇文章,給大家科普一下,什麼是量子糾纏?如果我們不關心這段話的量子力學背景,這種情況在經典世界中是經常發生的,比如兩個水波的疊加,水波中某個點處的水其實是同時處於兩種狀態的疊加之中。態的疊加當然不僅限於兩個波之間,也可以是無限制多個波的疊加。在量子力學中,疊加態意味著,一個微觀粒子可以同時處於多種狀態。
  • 《量子糾纏的具體機制之三:「熱熵、信息和物體」之間三角形關係的發現》
    量子糾纏現象是當前讓所有物理學家和哲學家們都無法理解的神奇物理現象。量子糾纏現象的本質到底是什麼?物體之間信息相互作用的本質到底是什麼?時空的本質到底是什麼?熱熵的本質到底是什麼?光量子的本質到底是什麼?超光速的本質到底是什麼?超導體、超流體、超低溫和超時空的內在關係到底是什麼?等等。我們仍在思考,上帝請別發笑。
  • 「量子糾纏」揭示的宇宙真相
    當測量後疊加態會發生坍縮。結論:相互糾纏的兩個粒子本質為波的疊加態;粒子形式表現為相互糾纏的多粒子系統,系統中的成員相互關聯不可以分割。量子糾纏揭示的宇宙本相:一、宇宙在微觀具有波動性的隱秘關聯。宇宙宏觀表現為粒子具有結構,基本粒子通過結合創造出宏觀物質世界;宇宙微觀表現為波動性沒有結構,通過「場」的形式產生作用機制。微觀量子具有波粒二象性,粒子建立糾纏過程形成疊加態,粒子之間發生疊加幹涉,形成一個系統。波具有全域關聯特點,即可以瞬時產生全域作用,糾纏的量子之間可以瞬時感應。
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  • 量子糾纏!唯一可以實現「瞬間轉移」的理論!
    同一時間點上,你如果在家,就不可能在公司,從公司到家只有兩條路,你只能經過一條路回家!選擇其中一個線路 就意味著不能選擇另一條線路。這些規則在日常生活中顯得極其平常,毫無爭議。但人們帶著這種宏觀尺度下的思維定式去理解微觀世界的量子運動 就會顯得摸不著頭腦!在微觀世界中 量子的運動極其詭異,只要我們不去測量它,那麼它就有可能出現在任何地方!在微觀世界,量子不會像宏觀世界那麼守規矩。
  • 量子糾纏到底是什麼?為什麼它讓無數科學家抓狂?
    一提起量子糾纏,相信很多朋友都聽說過。這個概念是量子力學裡面的,當我們研究微觀世界就會用到這個概念,但是量子糾纏到底是什麼?今天我來談談這個問題。首先要明白微觀世界和我們宏觀世界有一個很大差別,微觀世界裡面一切都是概率,這個我在前面的文章中已經反覆提到過。什麼叫一切都是概念?
  • 什麼是量子力學?什麼是量子糾纏?為什麼說量子力學很詭異?
    什麼是量子力學?量子力學是描述微觀物質的理論,與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱,許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎所進行的。
  • 量子糾纏速度比光速快萬倍違反了相對論嗎?
    常有人拿量子糾纏速度說事,隔段時間還要弄出一個某科學家已經證實量子糾纏速度超過光速萬倍云云,其實這都是扯淡,是對量子糾纏完全不知道咋回事的炒作,是認識的一個誤區。量子糾纏沒有速度,是一種現象和微觀世界粒子的固有特性。
  • 詭異的量子糾纏,或許是微觀世界更基本的特性
    下面是一些通常被認為是典型量子現象的例子:一個電子在兩個狹縫後面產生幹涉條紋,仿佛它同時經過兩個縫;粒子處於不同的狀態,但在觀察時卻「神奇地」出現在一個選定的狀態;測量無相互作用;或者最後是非定域性,它給人的印象是糾纏的粒子會立即在任何長距離上相互作用。但是,所有這些現象都必須是純粹的量子現象嗎?
  • 量子四重奏:量子論、量子力學、量子糾纏、量子通信
    裡面產生一系列與常識相悖的現象,以致量子論的奠基人愛因斯坦等人都拒絕接受。特別是海森堡提出不確定性原理,剝奪了愛因斯坦一貫信奉的決定論。更有趣的是量子力學的主要奠基人——波動力學的創立者薛丁格也拒絕接受不確定性原理。薛丁格提出的波動力學能完美描述微觀粒子在被測量前的行為,但是一旦發生測量,波動力學好像就失效了。然後海森堡提出的矩陣力學又完美接棒解釋了測量後的粒子行為。
  • 首張「量子糾纏」照片問世,科學家拍到了愛因斯坦口中的「鬼魅」
    在量子力學中有一個著名的現象「量子糾纏」,這個現象直接導致了相對論出現漏洞,人類建立的經典力學宇宙在瞬間崩塌,因為我們無法解釋為什麼量子糾纏可以超越光速,並且不需要介質就可以相互影響。量子糾纏是一個困擾人類將近一個世紀的難題,在這個現象背後隱藏的影響遠超我們的想像,首先量子糾纏只在微觀世界中出現,那麼如果在宏觀世界中出現類似的現象,會給我們帶來什麼樣的影響?在愛因斯坦的宇宙觀中,光速就是宇宙的極限速度 ,不只是物體運動的速度,信息的傳遞速度最快也只能是光速。
  • 量子糾纏超光速,為什麼沒有違反愛因斯坦的相對論?
    處於糾纏狀態的兩個粒子之間的感應速度比光速快,但這並沒有違反相對論。這是怎麼回事,讓我們來詳細了解一下。什麼是量子糾纏?量子糾纏是發生在光子、電子這一類構成物質的基礎粒子上的一種量子效應。按尺度劃分,世界有宏觀和微觀之分,量子效應就主要發生於原子及亞原子尺度下的微觀世界。
  • 量子糾纏超光速,為什麼沒有違反愛因斯坦的相對論?
    在潘建偉等科學家的領導下,我國已經在量子通信技術領域實現了突破,處於國際領先地位。量子糾纏的概念也隨之火熱了起來。 愛因斯坦的狹義相對論認為:光速不可超越,任何物體的運動速度都不能超過真空中的光速。截止目前,沒有發現任何違反相對論的物理現象。處於糾纏狀態的兩個粒子之間的感應速度比光速快,但這並沒有違反相對論。這是怎麼回事,讓我們來詳細了解一下。