新的量子悖論揭示了廣泛持有的信仰之間的矛盾

2020-08-22 科技領航人

格裡菲斯大學的量子物理學家揭露了一個新的悖論，說到某些關於自然的長期存在的信念，「總有東西要付出」。

量子理論在預測我們在原子等小物體上進行實驗時觀察到的行為方面幾乎完美無缺。但是，在比原子大得多的尺度上應用量子理論，特別是對進行測量的觀察者來說，提出了一些困擾人的概念問題。

在《自然物理學》上發表的一篇論文中，由澳大利亞格裡菲斯大學領導的一個國際團隊將這些問題進一步推向了新的悖論。

該論文的資深理論作者埃裡克·卡瓦爾坎蒂（Eric Cavalcanti）副教授說：「這種悖論意味著，如果量子理論能夠描述觀察者，那麼科學家將不得不放棄對世界的三個珍貴的假設之一。」

「第一個假設是，進行測量時，觀察到的結果是世界上真實的單個事件。例如，該假設排除了宇宙可以分裂的想法，即在不同的平行宇宙中觀察到不同的結果。」

他說：「第二個假設是可以自由選擇實驗環境，使我們能夠進行隨機試驗。第三個假設是，一旦做出了這樣的自由選擇，其影響就不會比光更快地傳播到宇宙中。」

「這些基本假設中的每一個似乎都是完全合理的，並且得到了大多數科學家認可。但是，也普遍認為，量子實驗可以擴展到更大的系統，甚至可以達到觀察者的水平。但是我們證明了這些廣泛持有的信念之一 一定是錯的！放棄其中任何一個都會對我們對世界的理解產生深遠的影響。」

該團隊通過分析分離良好的糾纏量子粒子並結合量子「觀察者」（一種可以從外部操作和測量但本身可以對量子粒子進行測量的量子系統）來建立悖論。

「基於三個基本假設，我們在數學上確定了在這種情況下可能獲得的實驗結果的限制。但是，將量子理論應用於觀察者時，可以預測違反這些限制的結果。實際上，我們已經進行了證明糾纏光子（光的粒子）的原理實驗」，高級實驗作者諾拉·蒂施勒（Nora Tischler）博士說，「而且我們發現了違反量子理論所預測的情況。」

「但是，可以說，我們的&39;的大腦很小。它只有兩個記憶狀態，被實現為光子的兩條不同路徑。這就是為什麼我們稱其為原理驗證實驗，而不是結論性實驗證明我們悖論中的三個基本假設之一 一定是錯誤的。」

該項目負責人兼格裡菲斯中心主任霍華德·懷斯曼教授說：「為了更明確地實施這一悖論，我們的夢想實驗是量子觀察者是在大型量子計算機上運行的人類級人工智慧程序。」適用於理論和實驗團隊的量子動力學。

「對於量子理論對於觀察者來說是否失敗，或者三個基本假設之一是否是錯誤的，這將是一個非常令人信服的測試。但這可能還有數十年之遙。」

進行了實驗的量子動力學中心實驗室也是澳大利亞研究委員會卓越中心量子計算和通信技術中心的一部分。

懷斯曼教授說：「人們早已認識到，量子計算機將徹底改變我們解決硬計算問題的能力。」

「直到我們開始這項研究之前，我們才意識到，它們也可能有助於回答哲學上的難題——物理世界的本質，心理世界及其關係。」

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