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“墨子号”再传捷报,首次验证量子这一特性,为爱因斯坦答疑解惑

更新时间:2019-11-08 18:03:50 

“墨子”

谈到量子力学,许多人认为它是一门非常深刻和重要的科学,中国已经在量子领域处于领先地位。得益于中国的“墨子”量子卫星和一批杰出的科学家,中国在量子领域也取得了不断的突破。

据媒体报道,近日,中国科技大学潘建伟团队与国内外研究人员合作,利用墨子量子卫星对预测重力场引起的量子退相干的理论模型进行了实验测试。乍一看,许多人可能有点困惑。也许许多人听说过“量子通信”、“量子密钥”和“量子纠缠”。现在有了“量子退相干”。量子的特征是什么?为什么它又能和重力场联系起来?

物质世界的基础是维持物质存在的基本能量和物质运动的基本规律,这也涉及量子力学和引力理论。这两个是物理学的两个基础。将它们结合在一起可以揭示物理学的奥秘。目前,在物理学的四种基本相互作用中,电磁学、弱相互作用和强相互作用已经能够与量子融合,但是重力和量子之间的联系还没有找到。

近年来,澳大利亚物理学家提出了“事件形式”的理论模型,并讨论了重力可以导致量子的退相干效应。这是“墨子”量子卫星实验验证的方向。那么解决办法是什么?

事实上,量子“非常害怕孤独”。他们不喜欢单独行动,更喜欢与其他量子“粘在一起”,这就是所谓的“量子纠缠”。测试验证了重力是否能干扰量子间的“纠缠能量”,就像给磁铁消磁一样,这样应该“纠缠”的量子就不再想“粘在一起”,即“量子退相干”。

科学家爱因斯坦声称提出了著名的“广义相对论”,认为物质间引力相互作用形成的引力场是时空弯曲的结果,爱因斯坦一直想验证引力场对量子的影响,但量子实验不是简单的工作,爱因斯坦的想法也将被中国的“墨子”所验证。

尽管人们早在一个世纪前就开始研究量子,但人们也发现量子实际上是极其不稳定的,并且容易因周围因素的干扰而发生变化。这是薛定谔的猫。正是因为量子的这一特性,通常很难测试量子。

然而,科学家们也发现,真空环境中的量子干涉因子比地面更小,而且会稳定得多,墨子量子卫星无疑是验证量子理论最理想的测试平台。

2016年,世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子”在中国成功发射,而“墨子”的任务是实现量子在真空中的稳定传输,为后续量子领域的科学研究奠定了实践基础。截至2017年8月,“墨子”在1000公里的高度完成了地球恒星的双向量子纠缠分布、量子密钥分布和隐形传送三大目标。这一次,“墨子”被重新宣布。

由于先前实验研究奠定的基础,“墨子”也能回答爱因斯坦在太空中的问题。墨子号宇宙飞船在距离地球表面500公里的轨道上测试了穿过地球引力场的量子纠缠光子的消相干,并排除了先前“事件形式”理论预测的消相干现象。实验还首次得出结论,500公里高度的重力对量子退相干几乎没有影响,为更高高度的进一步实验奠定了基础。(文子)

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