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量子理论星光

奥地利国家银行,在维也纳市中心的总部,是非常安全的。在本周,在建筑物的地下室,员工执行对欧元的巨大书库质量控制测试。一个晚上去年春天,然而,部分银行被放弃了对不同类型的测试。一群年轻的物理学家,临时内径徽章和在丝束敏感电子,被允许到顶层,在那里它们装配的一对望远镜。一个他们的目的是向天空,在银河系一个遥远的恒星。另一方面,他们朝城指出,搜索从屋顶几个街区远的激光束射击。对于所有的天文设备,不过,他们真正的采石场是一个很好的协议较小。他们在那里进行量子理论的一个新的测试,物理,寻求在原子尺度来解释现实中的分支。

这是很难夸大量子物理学的怪事。甚至爱因斯坦和薛定谔,理论的两个主要建筑师,最终发现它太古怪是完全正确的。在整个1935年夏天,他们宣扬他们的挫折在一系列的信件。对于一两件事,不像牛顿物理学和 爱因斯坦的相对论,其优雅解释了一切行为从苹果秋季星系的运动,量子理论只提供了各种结果的概率,而不是坚如磐石的预测。这是一个“认识论浸泡狂欢” 爱因斯坦写道:,处理在现实世界中物体的可能性,既存在和不存在单纯的泡芙,或在的情况下, 薛定谔的著名想象之猫,无论是活着的和死去。奇怪的是什么是薛定谔称为“纠缠”。在某些情况下,量子论的方程暗示一个亚原子粒子的行为的约束与另一个的,即使第二颗粒是穿过房间,或在地球的另一侧,或在仙女座星系。他们无法沟通,准确的,因为效果似乎是瞬间的,而爱因斯坦已经证明,没有什么能够行进得比光还快。在写给一个朋友,他驳回缠结 - 更多的鬼故事可敬科学“在距离幽灵行动”。但如何计算公式?

调用试图表达自己的理论的更幻想元素,当双胞胎经常物理学家。爱因斯坦的相对论,例如,推出了所谓的双生子佯谬,这说明通过空间和时间的快速旅程怎样才能使一个女人的年龄比她的双胞胎更慢。 (薛定谔的双胞胎利益是相当少的学术,他的功绩与准格尔姐妹,谁是他的一半年纪,迫使他的传记作者,保存在指数点为“洛丽塔情结”。)我是一个物理学家,我的妻子和我居然有双胞胎,所以我觉得特别有帮助试图解析纠缠的奇怪舞蹈时,想想他们。

让我们拨打我们的量子双胞胎埃莉和托比。设想一下,在同一时刻,艾莉走进马萨诸塞州剑桥市一家餐厅,和托比走进英国剑桥的一家餐厅。他们思考的菜单,让他们的选择,并享用餐点。后来,他们的服务员都通过提供甜点。艾莉被赋予了巧克力蛋糕和饼干之间的选择。她有没有真正的偏好,既是的粉丝,所以她在看似随意选择一个。托比,谁对甜食分享他妹妹的宽容态度,不一样的。都喜欢他们的兄弟姐妹餐馆这么多,他们回到下一周。这一次,当他们的餐点过,服务员提供的冰淇淋或冷冻酸奶。再次对双胞胎很高兴,这么多伟大的选择! - 和他们再次随机选择。

在随后的几个月中,艾莉和托比回到餐厅的时候,饼干或巧克力和冰淇淋或冷冻酸奶漫无目的地之间交替。但是,当他们聚在一起过感恩节,看起来有点饱满,比去年一年,他们比较笔记并找到他们的选择一个惊人的模式。事实证明,当两个美国和英国的服务员提供的烘焙食品,双胞胎通常下令同样的事情 - 布朗尼或每一个cookie。当报价是不同的,托比往往为了冰淇淋当Ellie订购蛋糕,巧克力,反之亦然。出于某种原因,不过,当他们都提供冷冻甜点,他们往往做出相反的选择 - 冰淇淋为一体,为其他冷冻酸奶。排序的冰淇淋托比的机会似乎依靠什么埃利下令,在海的那边。怪异,确实如此。

爱因斯坦认为粒子都有自己的特性明确,独立的是我们自己选择来衡量,而当地的行动只能产生局部效应,什么托比订单有什么埃利订单没有影响。 1964年,爱尔兰物理学家约翰·贝尔认定爱因斯坦的世界和量子世界之间的统计阈值。如果爱因斯坦是正确的,那么测量在对颗粒的结果应排队仅经常;应该如何频繁托比和Ellie的甜点订单相关的严格的限制。但如果他是错的,那么相关应显著更经常发生。在过去的四个十年里,科学家们测试了贝尔定理的边界。到位埃莉和托比的,他们已经使用专门制备的对颗粒的,如光的光子。代替友好服务员记录甜点订单,它们具有可以测量某些物理属性时使用的仪器,如偏振是否沿着或成直角在空间中的一些方向上的光子的电场振荡。迄今为止,每一个公布的测试已经与量子理论相一致。

从一开始,然而,物理学家已经认识到,他们的实验中受到各种漏洞,情况可能会在原则上,占即使量子理论是错误的观察结果和纠缠只是一个幻想。一个漏洞,被称为局部性,关注的信息流:可以在实验中,或仪表测量它的一侧上的粒子,已将一些类型的消息到另一侧,完成了第二测量之前?另一个漏洞的担忧统计:如果什么都以某种方式测量的粒子所代表的偏差的样本,加上一些恐怖的甜点订单数千之中看不见那些无聊的?物理学家们发现,关闭一个或另一个这些漏洞多年来聪明的方法,并于2015年,在 美丽的实验 走出荷兰,一个组管理的同时,关闭两个。但有一个第三个重大漏洞,一个是贝尔在他最初的分析忽视。被称为自由-的选择题的漏洞,它涉及在过去的一些事件是否可能微幅来进行测量,两者的选择和纠缠粒子,我们类比的行为,所提供的甜点和选择是埃莉和托比做。在当地漏洞不可想象的埃莉和托比,或他们的服务员,互相交流,自由-的选择题漏洞假设,一些第三方可能舞弊的事情,没有任何人注意到。这是这个漏洞,我和我的同事最近着手地址。

我们进行我们的实验去年四月,在三个地点横跨薛定谔的本地维也纳展开。在研究所量子光学和量子信息在安东·塞林格的实验室激光提供了纠缠光子。大约一英里以北的四分之三,托马斯scheidl和他的同事们在不同的大学楼设置了两个望远镜。一个旨在学院,准备接收纠缠光子,其中一人指着相反的方向,固定在夜空中的一颗新星。几个街区南部研究所,在奥地利,第二队,约翰内斯handsteiner为首的国家银行,有一个可比的设置。他们的第二个望远镜,这是不看的研究所之一,被转向南方。

我们集团的目标是衡量对纠缠粒子的同时确保我们在一个执行测量的类型无关,我们如何评估等。总之,我们希望把宇宙成一对随机数发生器。 handsteiner的目标恒星距离地球,这意味着他的望远镜接收到的光已经六百多年的旅行六百光年。我们精心挑选的明星,使得它在某一时刻所有那些世纪前发出的光会先到达handsteiner的望远镜,才可以覆盖到无论是塞林格的实验室或大学额外的距离。 scheidl的目标星体,与此同时,在近两千光年远。这两个球队的望远镜装备有特殊的过滤器,它可以区分非常之快,更红色或超过一个特定的参考波长更蓝光子之间。如果handsteiner在给定时刻星光正好是更红了,然后在他站的仪器将在纠缠光子,这是刚刚然后通过夜空,途中从塞林格的实验室进行荏苒一个类型的测量。如果handsteiner的星光发生,而不是为蓝色,那么其他类型的测量将被执行。同去了scheidl的站。每侧探测器设置每百万分之几改变的第二的基础上,明星的新的观测。

这种安排,就好像每次艾莉走进餐馆,她的侍者为她的基于事件曾在几个世纪前发生的甜点,从地球既不艾莉,也不是托比,也托比的服务员英里万亿可以预见。同时,通过将handsteiner的和scheidl的站相对较远,我们能够关闭地方漏洞即使我们解决自由-的选择题的漏洞。 (因为我们只检测到的所有从塞林格的实验室中发出的纠缠粒子的一小部分,但是,我们不得不假设,我们做了测量光子代表的整个集合的一个公平的样品。)我们进行了两个实验,当晚,瞄准在同一对分三分钟,然后另一对三个更多的恒星望远镜。在每种情况下,我们发现大约十万对纠缠光子。从每个实验的结果表明,与量子理论的预测一致美观,具有相关性远远超过什么贝尔不等式将允许。我们的研究结果 发表在星期二 在日记 物理评论快报.

怎么可能爱因斯坦的思想响应的奉献者?也许我们的公平采样的假设是错误的,或者也许有些陌生,未知的机制确实利用自由-的选择题的漏洞,实际上提醒一个接收什么是关于在其他发生站。我们不能排除这样一种奇怪的场景,但我们可以强烈约束它。事实上,我们的实验代表了千万十亿,比以前的努力来解决自由-的选择题漏洞的幅度,一个系数16个订单的改善。以帐户为我们的新实验的结果,未知的机制需要星光的排放是handsteiner的小组观察到,回来时的电弧的朋友琼依然叫她琼妮之前,已经制定了一套。

这样的实验我们和后续版本中,我们计划进行,使用较大的望远镜更暗窥视,更遥远的天体,线束一些自然界中最大规模的,以测试其最小的,也是最根本的,现象。除此之外,我们的探索将有助于提振下一代设备的安全性,如 量子加密方案,这取决于纠缠,以防止黑客和窃听。但是,对我来说,最大的动力仍然是探索量子理论的奇特奥秘。通过量子力学描述的世界是根本的是,从牛顿物理学或爱因斯坦的相对性的世界不同顽固。如果Ellie的和托比的甜点订单要保持排队这么吓人,我想知道为什么。