去年量子糾纏真的獲得諾貝爾獎了!這些理論值得得獎嗎?
量子糾纏是2022年諾貝爾化學學獎的核心,它是由于愛因斯坦覺得不可能進行的檢測而獲得的,而我們從這種實驗中獲得的理解對于昨天的量子估算來說至關重要,所以這項工作的重要性是哪些?她們證明了哪些?這些理論是否值得得獎?
首先,讓我們討論一下量子熱學的出現,在量子熱學出現之前,我們覺得世界是確定性的,也就是說,假如我們事先曉得關于系統的足夠信息,這么原則上我們可以在未來決定關于系統的一切,不幸的是,對于決定論者來說,我們最終遇見了量子熱學,而量子熱學在決定論方面背道而馳。
就其本質而言,機率論在當時對包括愛因斯坦在內的許多科學家來說并不適用,證明量子熱學具有這些性質是2022年量子熱學初期諾貝爾獎的重要組成部份。在此之前,科學家們發覺并提出了許多理論,但有一種看法覺得,量子熱學的熱學框架只是現實的摹本,雖然作出了特別好的預測,但依然有一個更基本的理論來解釋一切,因而當前的框架可以挺好地預測愚蠢的結果,因而愛因斯坦深信量子熱學為了證明這一點,熱學確實是不完整的。
1935年,愛因斯坦和另外兩位作者發表了一篇論文,題目是《物理現實的量子熱學描述是否可以被覺得是完整的》。她們概述了一個思想實驗,這被稱為愛因斯坦-波多斯基-羅森悖論或簡稱epr悖論,思想實驗必須與量子有關,而糾纏——是兩個量子系統之間的一種關聯狀態,假定你有兩個電子載流子,可以是載流子向下或載流子向上,這兩個電子的糾纏會形成一種有趣的狀態,假如其中一個電子被檢測為載流子向下,這么另一個一定處于載流子向上狀態,這是量子物體各自性質的結果。
電子可以被描述為波函數,即當你檢測波函數時,每位粒子的波函數是不同的,當兩個粒子糾纏在一起時,通過檢測,我們會破壞波函數,假若你檢測其中一個電子,波這兩個粒子的函數會崩潰,這是思想實驗的關鍵,假如你把兩個糾纏的粒子分開,之后把它們分開很遠,我們可以說它們在這些狀態下被分開幾光秒,假如你可以檢測其中一個電子態,例如說在載流子上升時,另一個電子會立刻弄成載流子升高。愛因斯坦將這些波函數坍縮稱為“幽靈作用距離”,并強調,一定有一些隱藏的變量可以預先曉得它們的狀態,因而沒有信息傳播速率比光速快。
愛因斯坦覺得,在粒子產生之前分開后諾貝爾物理學獎2023量子糾纏啟發,她們決定了哪一個會弄成載流子向下,哪一個將弄成載流子向上,多年來,人類沒有辦法分辨愛因斯坦的隱變量理論和標準量子熱學糾纏之間的區別,直至1964年,約翰·貝爾才提出,確實有一種方式可以測試隱變量是否為真諾貝爾物理學獎2023量子糾纏啟發,這個測試將被稱為貝爾不方程,這些測試是通過檢測一個量子態,即我們選擇怎樣檢測它的方式,這一切都取決于你怎么檢測它們。
約翰·貝爾說,在這個場景中,你檢測一個電子,瞧瞧它是上旋還是下旋,之后之后在座標軸的Z方向和X方向之間的一個角度檢測第二個電子,最后會發覺隱藏變量和量子熱學之間的結果存在差別。
去年有三個人獲得了2022年諾貝爾化學學獎,約翰·克勞瑟,阿蘭·阿斯佩克和安東·澤林格,她們被授予了糾纏光子實驗,證明了對貝爾不方程的違背,以及進行貝爾提出的實驗的先驅測試。事實上量子信息科學實際上相當困難,須要特別快速地進行特別精確的檢測,而當時量子估算并不像現今一樣流行,事實上在當時它就和不存在一樣,所以沒有人真正有興趣證明貝爾理論其實很難,也沒有回報。
但雖然這么約翰·克勞澤在1972年進行了這項實驗,結果表明量子熱學確實有效,并且不存在隱藏變量。之后在1982年,艾倫方面進行了一個更為嚴格的貝爾測試,它填補了一些人覺得容許隱藏變量始終是正確的,這兩個主要實驗獲得了諾貝爾獎,之后在20世紀90年代,安東·澤林格對糾纏態進行了檢測,以證明所謂的量子隱型傳態?;旧?,假如你取兩個糾纏電子,一個與第三個電子互相作用,這么糾纏態就可以被轉移。這個概念對任何方式的量子來說都是至關重要的通訊,正由于這般,對于昨天進行的許多量子通訊研究來說,都是至關重要的。
安東·澤林格在實驗室和近來數百公里的距離內演示了量子隱型傳態,所有這三位科學家都進行了開創性的研究,為第二次量子革命鋪平了公路,所以她們都應當獲得諾貝爾獎。