量子纠缠速度惊人,仅需五千万亿分之一秒?

   时间:2024-10-28 11:23 来源:天脉网作者:苏婉清

在量子物理的深邃领域中,一个令人费解而又引人入胜的现象——量子纠缠,正逐步揭开其神秘面纱。这一现象描述了两个或多个粒子之间,即便相隔遥远的距离,也能瞬间感知对方状态变化的奇妙联系。这种超越时空的默契,仿佛是两个粒子间存在着某种不可言喻的纽带。

长久以来,科学家们对量子纠缠的形成机制及其传播速度充满好奇。量子纠缠的奇妙特性在于,一旦两个粒子发生纠缠,它们便失去了独立的身份。即便我们对整个双粒子系统的状态了如指掌,也无法单独描述其中任何一个粒子的状态。从数学的角度看,这两个粒子仿佛被无形的锁链紧紧相连,无论身处何方,都表现出一种共同的特性。

为了深入探究这一神秘现象,维也纳理工大学的研究团队携手中国科学家,利用计算机模拟技术,对量子纠缠的超快过程进行了详细研究。这项研究成果于《物理评论快报》杂志上发表,揭示了量子纠缠如何在极短时间内实现的奥秘。

在研究过程中,科学家们观察了被高频激光脉冲击中的原子。当原子中的一个电子被激光撕裂并飞离时,如果辐射强度足够,原子中的第二个电子也可能受到影响,跃迁到更高的能量状态,并以不同的路径绕原子核运动。在激光脉冲之后,一个电子飞走,另一个电子则留在原子中,但其状态已发生改变。科学家们发现,这两个电子已经形成了量子纠缠。

那么,如何测量这种纠缠的速度呢?研究团队采用了一种结合两种不同激光束的测量协议。他们发现,飞离的电子的“出生时间”(即离开原子的时刻)与留下的电子的状态之间存在相关性。这种相关性正是量子纠缠的表现。研究结果显示,飞走的电子的出生时间原则上是未知的,因为它处于不同状态的量子叠加中,离开原子的时间点既早又晚,无法确定其“真正”的离开时刻。

然而,科学家们发现,飞离电子的“出生时间”与原子中剩余电子的状态存在量子物理联系。如果剩余电子处于较高能量状态,飞走的电子很可能在较早的时间点被撕裂出来;如果剩余电子处于较低能量状态,飞走的电子的“出生时间”则较晚,平均约为232阿秒。阿秒是目前人类物理学科研所能达到的最小时间单位层面,1阿秒等于一秒的一百亿亿分之一,这个极短的时间尺度让我们对量子纠缠的速度有了更深刻的认识。

这项研究不仅揭示了量子纠缠的奥秘,还表明将量子效应简单地视为“瞬时”是不够的。只有当我们能够解析这些效应的超短时间尺度时,才能揭示其重要的相关性。正如研究团队成员所言:“电子并不是从原子中跳出来的,而是像一种从原子中溢出的波,这需要一定的时间。正是在这一阶段发生了纠缠,随后我们可以通过观察两个电子来精确测量其效果。”

 
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