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解读2022年诺贝尔物理奖:纠缠光子

已有 3826 次阅读 2022-10-19 19:33 |个人分类:笔记|系统分类:观点评述

 

2022年诺贝尔物理学奖授予Alain AspectJohn ClauserAnton Zeilinger ,表彰他们用纠缠光子进行的实验,建立了贝尔不等式的违逆,并开创了量子信息科学。

诺贝尔奖委员会公告中的纠缠光子(entangled photons)一词在AspectClauser等人的相关论文中并没有出现,与之对应的是线性偏振相关光子(linear polarization correlation of photons)。二者之间有着明显的差别。在AspectClauser等人的实验中[12],线性偏振相关光子对来自钙原子激发态4p21S0→4s14p1P1→4s2 1S0的级联自发跃迁辐射,一个光子的波长是551.3纳米,另一个光子的波长是422.7纳米,两个光子都是线偏振的,但是偏振方向相反。

爱因斯坦等人认为[3]:与宏观粒子一样,在没有外来干扰的情况下,不论这两个初始相关的光子飞离的多远,它们的某些特征量如动量、偏振方向都不会发生变化;如果知道其中一个光子的动量、偏振方向,就会知道另一个光子的动量、偏振方向;对其中任一个光子的测量不会影响另一个光子的测量结果。这种观点也被称为定域性原理或定域实在论。

根据目前流行的观点[4]即使在没有外来干扰的情况下,不论两个纠缠光子飞离的多远,对其中任一个光子的测量会影响另一个光子的状态或测量结果;与经典粒子不同,在微观粒子之间的确存在某种超越时空的光子或量子纠缠;这种超距作用或纠缠已被实验证实是真实存在的。而爱因斯坦曾将这种影响或作用称为“幽灵般的超距作用”,以表示他坚定的不相信其存在。

在上一篇博文中曾指出:在Clauser等人的文章中包含着几个假定。其中以下假定目前可以用实验直接证实:(1)光子是透过还是没透过偏振器与远处偏振器的方向无关;(2)探测器对光子的探测几率与该光子是否穿过偏振器无关;对相关光子对中一个光子的探测不会影响对另一个光子的探测结果。。这与定域性原理是一致的,就是说光子纠缠实际上是不存在的。

那么,为什么许多人会认为AspectClauser等人的实验证实了光子或量子纠缠呢?这是因为这些人已经把量子纠缠看作是量子力学的一部分,既然实验结果与量子力学的预言一致,那么量子力学就是正确的,就是证实了量子纠缠的存在。事实上,在量子力学的基本理论中根本就没有量子纠缠的概念。量子力学诞生已经近百年的时间,而量子纠缠只是近二十几年来才逐渐为众人所知。

也许有人会问,为什么许多人会把量子纠缠看作是量子力学的一部分呢?其原因是多方面的,其中最主要的原因之一应该是混淆了量子与量子态的概念。量子与量子态虽然有着密切的联系,但是它们却是两个完全不同的概念。关于量子力学的许多有争议的问题都是源自于这两个概念的混淆。

 

参考文献

[1] S. Freedman and J. Clauser, Phys. Rev. Lett. 1972, 28(14):938-941.

[2] A. Aspect, P. Grangier, and G. Roger, Phys. Rev. Lett. 198147(7): 460-4653.

[3] A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen, Phys Rev, 1935, 47: 777-780.

[4] 郭光灿,高山 ,《爱因斯坦的幽灵  量子纠缠之谜》 2,北京理工大学出版社,2018.01.

 



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