量子糾纏圖像問世

　　量子糾纏是量子力學領域的基本現(xiàn)象之一，指兩個粒子相互作用并瞬間共享其物理狀態(tài)。所謂“量子糾纏”，是指一對粒子屬性完全相反，如一個粒子自旋向上，則另一個自旋向下，并且當一個粒子的屬性改變時，另一個粒子無論距離多遠，都會立即變成相反的屬性。最近英國物理學家通過一套特殊的“相機”首次拍攝到了量子糾纏的“圖像”，今天我們就簡單講一下這個實驗的基本原理。

圖像解讀

　　研究人員做了無數(shù)次實驗，最終得到的結果如下圖所示。圖中每一個環(huán)形都是一組實驗結果，可以看出實驗中分別向四個方向影響了其中一光束的相位，最終導致另一光束向相反方向被動改變相位，最終形成了下圖中的四個環(huán)形。實驗使用的兩個光束中，其中一個光束每一個光子都與另一個光束的光子成對“糾纏”，實驗結果似乎證明了影響量子糾纏對中一個光子，同時也會導致另一個光子反向運動。

實驗原理

 　　實驗原理簡單示意如下圖，研究人員發(fā)射了一束激光，該激光經(jīng)過BBO（偏硼酸鋇晶體）時產生了在空間上糾纏的光子對，光子對通過BS（分束器）時進行了分離，一束向著SLM1、另一束向著SLM2。通向SLM1的光束經(jīng)過某種特殊的影響會產生相位的變化（可以理解為位移），通過SLM2的光束則需要在“Delay line”進行數(shù)次反射（延時）最終到達相機。

　　通過SLM1的光束在“Fiber coupler”處被收集起來并通過光纖線到達“SPAD”，其中SPAD除了記錄下光束的“圖像”，同時每有一個光子到達它就向“ICCO”發(fā)送一個信號提示“光子已到達該拍照了”。

　　通過SLM2的光束如果直接射向ICCO相機，則其光子到達相機時會因為SPAD到ICCO的電路延時導致相機無法準確地成對拍攝成像。所以通過SLM2的光束需要在“Delay line”折射數(shù)次進行延時，使其光子到達ICCO時正好是SLM1方向上另一成對光子到達SPAD的瞬間。

　　通過上述裝置就能同時記錄下兩個成對光束的圖像了，最終結果也表明，影響量子糾纏狀態(tài)下的一個光子，則另一個光子會向反向運動。

展望

　　正如論文第一作者、格拉斯哥大學校物理與天文學院保羅-安東尼·莫羅博士所說：“這張圖像是對自然基本屬性的優(yōu)雅展示，量子糾纏第一次以圖像的形式被看到，這一結果可推動量子計算新興領域的發(fā)展，并催生新型成像技術和設備?！?/p>

　　如果你對量子糾纏現(xiàn)象、量子力學感興趣建議閱讀阿米爾·艾克塞爾的《糾纏態(tài):物理世界第一謎》，這本書對各種經(jīng)典實驗的解釋非常簡潔到位，讓我終于搞清楚了多年云里霧里的各種雙縫實驗的設計原理。關注公眾號“零基礎愛學習”回復“JC”即可獲取本書電子版。

　　“我懷疑，宇宙不僅比我們已料想的更奇怪，甚至比我們能料想的還要奇怪?！?/p>

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　--霍爾丹