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先有鸡还是先有蛋?量子实验表明:两者同时“有”

来源:未知 作者:admin 发布时间:2018-11-01

图片来历:sciencedaily.com

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  “先有鸡仍是先有蛋”这一陈旧的争辩谜题,最早是由古希腊哲学家提出的因果窘境。在实际国际里也不难发现,一个事情的发作常由另一个事情引起,即事情间存在着因果关系。然而在量子的国际里,“因”和“果”两个事情却能够一起互为因果,即作为“成果”的事情也能够导致本来作为“原因”的事情的呈现。

  最近,这种不确定因果次序被物理学家以试验的方法证明,该成果于 2018 年 8 月 31 日宣布在《物理谈论快报》上。

  撰文 向菲菲

  修改 徐文慧

  “在量子物理中,因果关系并不总是一个事情引起另一个事情那样简略。量子力学中的难以想象之处在于事情能够在没有固定次序的情况下发作。” 来自澳大利亚昆士兰大学工程量子系统杰出中心的博士雅基?罗梅罗说:“比方你每天去上班,需求乘火车和公交车。一般来说,你可能先乘火车再转乘公交车,或是反过来。而在咱们的试验中,乘火车和坐公交能够一起发作。这就叫做‘不确定因果次序’。这种因果关系在咱们的素日日子中是无法观测到的。”

  为了调查不确定因果次序效应,罗梅罗团队规划出了“光量子交换器”来展现这种效应:

  首要,他们发明晰两个操作算符 A 和 B,用光量子交换器来操控对光子履行 A 和 B两种操作的次序:1。 先进行操作 A,再进行操作 B;2。 先进行操作 B,再进行操作 A;3。 进行前面两种次序操作的叠加态。

  罗梅罗小组的试验建立在光子的极化相干根底上,因而上述 A 和 B 两个操作都只会发作在特定的空间方位,独立于操作发作的次序。

  接着他们运用干涉仪将光子分束再叠加在一起,中断了不确定因果次序的可能性,凯时娱乐ag旗舰厅登录。最终,研讨人员构建了一个 “因果目击者”,成功地丈量了超出定序边界的18 个标准差。这也就从试验上证明晰光子的量子行为能够存在不确定因果次序。

  这一成果让科学家们开端从头考虑咱们对“先后”次序概念的了解。

光量子交换器中的操作 图片来历:论文

光量子交换器中的操作 图片来历:论文

  昆士兰大学的法维奥?科斯塔博士说:“在这个设备中,事情为光束形状的改变,发作的次序取决于极化。经过丈量在光量子交换器输出端的光子极化,咱们能够展现出光束形状的改变次序是没有被提早设定的。”

  “不过咱们现在也仅仅经过试验证明晰这个理论。不确定因果次序在实际日子中有许多比较重要的运用,比方进步计算机的沟通度,让量子计算机变得更高效。”

量子丈量次序的叠加态 图片来历:Jonas Schm?le, Faculty of Physics, University of Vienna

量子丈量次序的叠加态 图片来历:Jonas Schm?le, Faculty of Physics, University of Vienna

  量子物理学无疑是当今令人生畏的科学分支之一,它之所以能赢得这一荣誉,是因为它供给的理论结构既杂乱又常常违背经典国际的常理。现在,研讨人员们所做的大部分作业都是为了更好的了解量子物理学中的一些核心问题。

  因为量子物理是以波和粒子为根底,在比如不确定因果次序这样的概念的随机性中,寻觅新的、有用的丈量技能是该范畴研讨人员的最终目标之一。例如,在上一年的另一项研讨中,研讨人员们运用光量子转换器作为保持量子相干性进程的一部分:粒子量子退相干发作之前的时刻短叠加状况。

  这个理论自身没有问题,但对物理学家来说,丈量它成为试验验证的一个重要妨碍。简略地说,假如两个粒子在一场竞赛中,咱们只能看到它们各自冲刺的成果,而不是叠加态。这些反常奇妙的粒子丈量方法越精密,量子物理学家就越有爱好持续改善这一进程。

  未来,量子国际还能为咱们带来哪些惊喜,咱们拭目而待。

  论文信息

  [标题]Causal Order in a Quantum Switch

  [作者]K。 Goswami, C。 Giarmatzi, M。 Kewming, F。 Costa, C。 Branciard, J。 Romero, and A。?G。 White

  [期刊]Phys。 Rev。 Lett。

  [时刻]31 August 2018

  [DOI]https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.090503

  [摘要]Quantum mechanics allows events to happen with no definite causal order: this can be verified by measuring a causal witness, in the same way that an entanglement witness verifies entanglement。 Here, we realize a photonic quantum switch, where two operations^Aand^Bact in a quantum superposition of their two possible orders。 The operations are on the transverse spatial mode of the photons; polarization coherently controls their order。 Our implementation ensures that the operations cannot be distinguished by spatial or temporal position?further it allows qudit encoding in the target。 We confirm our quantum switch has no definite causal order by constructing a causal witness and measuring its value to be 18 standard deviations beyond the definite-order bound。

  [链接]

  https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.090503

  参考资料:https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180904114733.htm

  https://interestingengineering.com/there-is-no-before-or-after-reveals-new-indefinite-causal-order-study


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