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5 章(第1页)

微观世界里,必须放弃脑袋里的那些经典的形式逻辑,接受并承认那些诡异的量子现象。

由于这个不等式,不仅把量子世界和经典世界的差异,表现得那么明确,而且还非常有利于转化为实验进行验证。

所以自从贝尔提出了这个神奇的不等式之后,科学家们就开始孜孜不倦地设计各种各样的实验,来尝试验证这个不等式是否成立或者不成立。

2022年的诺贝物理学奖,也正好就授予了三位在验证贝尔不等式过程中,做出了巨大贡献的物理学家。

约翰·弗朗西斯·克劳泽(JohnF。Clauser),阿莱恩·阿斯派克特(AlainAspect)和安东·塞林格(AntonZeilinger)。

而安东·塞林格,也是我国著名量子物理学家、科学院院士潘建伟的导师。

三位杰出的物理学家分别在1972年、1982年和1998年,用越来越严密的实验验证了贝尔不等式不成立。

但实验始终还不够完美。

这些实验,虽然也得出了结论,但是因为在实验设计上总有一些不完美的地方,会带来各种可能的漏洞。

于是科学家一遍又一遍地改进实验的方式。

在不断改进很多次以后,实验终于越来越接近完美理想的条件了。

也就是说,已经把实验可能存在的漏洞,逐渐都堵上了,现在的实验结果,已经几乎具有了绝对可靠的说服力了。

无数次实验的结论也很清晰:量子现象真实存在,不容置疑。

1982年,贝尔不等式得到Aspect等人验证,量子理论胜出。

但这些实验中存在漏洞。

首先是局域性漏洞:两个纠缠的光子距离太近,对贝尔不等式的违背,有可能是靠某个不大于光速的通讯通道来实现的,而非源自量子理论非局域性。

其次是测量漏洞:这些实验是用光子做的,光子探测器效率不够高(阈值是82。8%),不能排除测量漏洞。

从Aspect验证贝尔不等式开始到现在,三十多年过去了。

人们在光子、原子、离子、超导比特、固态量子比特等许多系统中,都验证了贝尔不等式,所有的实验都支持量子理论。

有部分基于光子的实验排除了局域性漏洞,可是受限于光子探测器效率,没有排除测量漏洞。

有部分基于原子或离子的实验,由于对离子能级探测效率接近于1,排除了测量漏洞,但没有排除局域性漏洞。

到目前为止还没有一个实验能同时排除局域性漏洞和测量漏洞。

最新的研究是荷兰Delft技术大学的汉森研究组做出的。

他们在2021年公布了一篇实验论文,报道了他们在金刚石色心系统中完成的验证贝尔不等式的实验。

之所以选择用金刚石色心来做这个实验,有以下几个原因。

首先,色心所发出的光子在可见光波段,在光纤中传播损耗非常小。

其次,探测色心状态所需要的时间很短,只要几个微秒。

因此,要避免局域性漏洞,只需把两个金刚石色心放置在相距1。3公里的两个实验室。

利用纠缠光子对和纠缠交换技术,他们实现了金刚石色心电子之间的纠缠。

两个色心直接用光通讯所需时间大概4。27微秒,而完成一次实验的时间为4。18微秒,比光通信时间少90纳秒,因此解决了局域性漏洞。

此外,色心的测量效率高达96%,测量漏洞也被堵上了。

总之,他们声称实现了无漏洞的验证贝尔不等式的实验,在96%的置信度(2。1个标准差)上支持量子理论,从而证伪了局域的隐变量理论,再次否定了贝尔不等式。

自此,贝尔不等式不成立已经成为了整个科学家的共识,也就是说,我们这个世界的本质的的确确就是量子化的。

当然,这会给我们带来更多的未知。

不过,我们至少现在已经能很成功地分辨两类宝箱的差别了,我们完全能够通过观察开箱后蝴蝶不同部位的颜色相关性统计数据来判断,这组宝箱究竟是量子宝箱还是传统宝箱。

而且,我们还更进一步的发现,任何量子宝箱一旦打开过以后,这个宝箱就马上变成传统宝箱了,你就算把蝴蝶再装回去,这个宝箱也不会再变成量子宝箱。

其实这也很好理解,用我们的程序员思维来看,量子宝箱里的蝴蝶之所有表现出那么优美的对称性,其实就是因为它们是刚刚被成对生成出来的,它们只有再生成的一瞬间才能展现出完美的对称感。

等到后面,你再怎么摆布这些已经生成好的蝴蝶,也无法再获得那种对称感了。

而且我们用程序刷新出这对蝴蝶这个过程也是不可逆的,所以只要蝴蝶已经被程序生成出来后,它就不可能再变回成为一段代码,不能被再原样生成一次。

那么,量子宝箱

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