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光子研究新发现挑战量子论 精选

已有 4957 次阅读 2017-3-30 18:19 |个人分类:新科技|系统分类:海外观察| 光子, 量子论, 东安格利亚大学, 量子纠缠(Quantum, entanglement)

光子研究新发现挑战量子论

诸平

东安格利亚大学University of East AngliaUEA2017329日提供的消息,东安格利亚大学UEA科学家已经发现了一种涉及关联光子对的产生的新机制,这可以对量子物理学的研究产生重大影响。此项研究成果于201739日在物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志网站发表——Kayn A. Forbes, Jack S. Ford, David L. Andrews. Nonlocalized generation of correlated photon pairs in degenerate down-conversion. Physical Review Letters, 2017, Accepted: 9 March 2017.

Credit: CC0 Public Domain

东安格利亚大学UEA的研究人员表明,当光的基本粒子光子photons)被成双成对产生,们可以在不同位置出现而不是出现在相同的位置。开创性的研究可能对于现代物理学的理论基础量子物理学quantum physics有重大影响。迄今为止,一般假设这样的光子对必然是源自太空单点。

所谓量子纠缠Quantum entanglement)就是当粒子联系如此密切,以至于影响一个粒子也必然会直接影响到另一个。量子纠缠被广泛用于量子密码学(quantum cryptography)到量子隐形传态quantum teleportation)的许多过程。量子纠缠是粒子在由2个或2个以上粒子组成系统中相互影响的现象,虽然粒子在空间上可能分开。纠缠是关于量子力学理论最著名的预测。它描述了2个粒子互相纠缠,即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态。当其中一被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一也会即刻发生相应的状态变化。爱因斯坦将量子纠缠称为鬼魅似的远距作用spooky action at a distance)。但这并不仅仅是个诡异的预测,而是已经在实验中获得的现象,比如科学家通过向2个处于室温的纠缠的小钻石发射激光。科学家希望能够建造量子计算机,利用粒子纠缠进行超高速计算[4]

东安格利亚大学团队正在研究被称为自发参量下转换(spontaneous parametric down-conversionSPDC)的过程,在此过程中光子束通过晶体生成纠缠双光子——晶体空间的性质使然。

东安格利亚大学化学学院的大卫·安德鲁斯教授Prof David Andrews:“自发纠缠光子对平分输入能量,被称为退化下转换degenerate down-conversion, DDC。直到现在,一直以为这样的双光子来自相同的位置。现在,一种新的非定域化机制识别显示,每一个光子可以从空间上分发出,引入一种新的基本量子起源位置上的不确定性。

量子纠缠说明在2个或2个以上的稳定粒子间,会有强的量子关联。例如在双光子纠缠态中,向左(或向右)运动的光子既非左旋,也非右旋,既无所谓的x偏振,也无所谓的y偏振,实际上无论自旋或其投影,在测量之前并不存在。在未测之时,二粒子态本来是不可分割的。每一对双光子量子态纠缠在量子计算中具有重要的应用价值,量子计算的理论计算系统可以不可思议的速度处理大数据的问题,以及应用于量子物理学的其他领域东安格利亚大学发现意义重大,因为它们对空间分辨率的限制。大卫·安德鲁斯教授说:“事事都有一定的量子模糊性”,而且光子并非是普通成像的光线那样,就是一个一个坚硬的小子弹。

量子力学是非定域的理论,这一点已经被违背贝尔不等式的实验结果所证实,因此,量子力学展现出许多反直观的效应。量子力学中不能表示成直积形式的态称为纠缠态。而纠缠态之间的关联不能被经典地解释。所谓量子纠缠是指2个或者多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题,并在量子计算和量子通信的研究中起着重要作用。纠缠态对于理解量子力学的基本概念具有重要意义,近年来已经在一些前沿领域中得到应用,特别是在量子信息方面,如量子远程通信等。

更多信息请注意浏览原文或者New technique for creation of entangled photon states

ABSTRACT

The achievement of optimum conversion efficiency in conventional spontaneous parametric down conversion requires consideration of quantum processes that entail multi-site electrodynamic coupling, actively taking place within the conversion material. The physical mechanism, which operates through virtual photon propagation, provides for photon pairs to be emitted from spatially separated sites of photon interaction; occasionally pairs will be produced in which each photon emerges from a different point in space. The extent of such non-localized generation is influenced by individual variations in both distance and phase correlation. Mathematical analysis of the global contributions from this mechanism provides a quantitative measure for a degree of positional uncertainty in the origin of down-converted emission.



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