美國《科學》雜志近日發(fā)表兩項量子力學重磅突破：其中一項研究，科學家發(fā)現(xiàn)了宏觀物體量子糾纏的直接證據(jù);另一項研究則實現(xiàn)了對不確定性原理的“規(guī)避”，而這正是量子力學的基本定律之一。這兩項實驗都以確鑿的證據(jù)證明了宏觀物體也可以實現(xiàn)量子糾纏，不但有望在未來量子網(wǎng)絡(luò)中提供長期網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，還能極大地推動暗物質(zhì)與引力波探測相關(guān)技術(shù)研發(fā)。
如果說量子力學有什么“令人討厭”之處，那就是人們會認為這一領(lǐng)域很大程度上如同“想象”的學科——在現(xiàn)實中幾乎不可能看到。實際上，量子力學不僅僅是微觀的理論，我們所知的所有物質(zhì)，從根本上來說都是量子。但不得不承認，奇怪的量子效應在大于幾個原子的任何事物中都很難觀察到。因此，找尋宏觀物體的量子效應的證據(jù)，也成為物理學家們的一大目標。
此次，在《科學》刊登的其中一項研究中，美國國家標準技術(shù)研究所團隊使用微波脈沖讓兩張小的鋁片膜進入量子糾纏狀態(tài)。該鋁片膜的尺寸為每張長20微米，寬14微米，厚度100納米，質(zhì)量為70皮克，相當于大約1萬億個原子的質(zhì)量——盡管非常微小，但以量子的標準而言，它們已經(jīng)達到了相當大的尺度。
在施加脈沖微波后，鋁片膜維持了大約1毫秒的量子狀態(tài)，團隊成員仔細分析了反射的微波。通常來講，反射回的微波應是隨機的，但是當他們將結(jié)果繪制成圖、對比兩者信息時，卻發(fā)現(xiàn)兩張鋁片膜看似無規(guī)律的振動之間，其實存在著高度的關(guān)聯(lián)性。這一點只有量子糾纏才做得到，也就是兩張鋁片膜發(fā)生了量子糾纏。此后，團隊又進行了1萬次重復實驗。
在另一項研究中，芬蘭阿爾托大學等研究機構(gòu)組成的聯(lián)合團隊在8毫開爾文的溫度下，讓兩個鋁鼓膜進入長時間、相對穩(wěn)定的糾纏態(tài)。研究人員可以對同一個糾纏態(tài)進行多次測量，實現(xiàn)了“規(guī)避”量子力學中的不確定性原理。
研究人員表示，如果將兩個鼓視為一個量子力學實體，那么其運動狀態(tài)的不確定性就被消除了。但實驗中沒有任何地方違反不確定性原理，他們是選擇了一組特定的、不會被該原理“禁止”的參數(shù)。(記者張夢然)
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