导读:
我们知道,量子理论描述的是在极短时间尺度上发生的事件。在过去,这样的事件被认为是“瞬时的”。比如一个电子绕原子核运行,在下一个瞬间,它突然就被一道闪光撕裂。再比如,两个粒子碰撞,然后它们突然就发生了量子纠缠——对其中一个粒子进行测量,就能瞬时了解另一个粒子的信息,无论它们相距多远。
2024年10月15日,在一项新发表于《物理评论快报》的新研究中,研究人员从时间演化的角度对这种“瞬时效应”进行了研究,他们在阿秒(1阿秒 = 1×10^-18秒)级时间尺度上探讨了量子纠缠的产生。
原理 | 来源
在过去的大多数涉及纠缠粒子的实验中,科学家主要聚焦于如何能尽可能长时间地维持量子纠缠,因为这一点对将量子纠缠应用于量子密码学、量子计算机等领域至关重要。
在新的研究中,研究人员想要探索的是:纠缠在最开始时是如何产生的,以及有哪些物理效应在极短的时间尺度上发挥了作用。
在实验中,他们使用超强的高频激光脉冲来瞄准原子,并观察到当原子被击中时,一个电子会从中射出。如果辐射足够强,原子中可能还会有第二个受影响的电子——它会转变成一个更高能量的状态,然后以不同的路径绕原子核运行。
研究人员通过使用一种结合了两种不同激光束的测量方法,发现逃走的电子离开原子的那一刻,与留在原子中的电子状态是相关的——这两个电子发生了量子纠缠。然而,逃走的电子的“出逃时刻”是未知的,因为根据量子理论,它存在于不同状态的叠加态中。这意味着,逃走的电子是同时处在一个既更早、又更晚的时间点离开的原子,这与被留下的那个电子的能量状态有关——而这同样是未知的。
实验结果表明,如果被留下的电子处于更高的能量状态,那么逃走的电子的出逃时间就有可能在一个更早的时间点;如果被留下的电子处于能量较低的状态,那么逃走的电子的出逃时间就可能晚一点,平均约晚232阿秒。这是一个短到几乎难以想象的时间。然而,这些差异不仅可以通过理论计算出来,还有可能通过实验测量。
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