科學家首次測出量子糾纏所用的時間,僅需五千萬億分之一秒
更新于:2025-03-26 05:42:31

量子世界就像是一個隱藏在微觀層面的奇幻森林,而量子糾纏便是這片森林中最神秘的現象之一。想像一下,有兩個或多個粒子,它們如同森林中有著心靈感應的小精靈,即便相隔遙遠,仿佛遠在一萬光年之外的不同角落,卻能有著奇妙的關聯。當其中一個粒子的狀態發生改變,另一個粒子就像收到了神秘信號,會立即做出相應的變化,彷彿它們之間存在著超越時空的默契溝通。

但這種神奇的糾纏究竟是如何形成的呢?這一直是科學家們苦苦追尋的謎題,彷彿是在迷霧中尋找通往寶藏的路徑。科學家們就像一群執著的探險家,不斷深入量子世界的叢林,試圖揭開這個奧秘。為了探索量子糾纏的秘密,世界各地的科研團隊都在積極行動著。?

維也納理工大學的研究人員與來自中國的團隊組成了一支強大的科研聯盟,他們如同並肩作戰的英勇戰士,攜手開啟了探索量子糾纏的征程。他們運用計算機類比這一有力武器,深入到量子世界的微觀層面,試圖探索那些超快過程的奧秘。就像是藉助了一張高科技的尋寶地圖,通過計算機類比,科學家們能夠深入瞭解量子糾纏是如何在極短的時間內悄然發生的。?

在這項研究中,科學家們把目光聚焦在了原子身上。他們觀察著被極強的高頻激光脈衝擊中的原子,這一過程就像是用一束超級能量光箭射中了微觀世界的 “縮影”。當原子中的一個電子被這強大的衝擊撕裂並飛離時,如果輻射足夠強,原子中的第二個電子也會受到影響,如同被一隻無形的手推動,轉變為能量更高的狀態,然後以不同的路徑繞原子核運行,仿佛在原子核周圍跳起了獨特的舞蹈。?

激光脈衝過後,一個電子像一隻離巢的小鳥迅速飛走,而另一個電子則留在原子中,但其原有的狀態已發生了改變。這時,科學家們驚喜地發現,這兩個電子已經進入了量子糾纏的奇妙狀態,它們就像一對被命運緊緊相連的雙胞胎,即便身處不同位置,也有著緊密的聯繫。?

那麼,科學家們又是如何測量這種糾纏的速度呢?研究团队就像一群智慧的工匠,精心打造了一種結合了兩種不同鐳射束的合適測量協定。通過這種獨特的方法,他們證明瞭飛離的電子的 “出生時間”,也就是離開原子的時刻,與留下的電子的狀態緊密相關。這兩種特性正是量子糾纏的生動體現,就像兩個相互呼應的音符,共同奏響了量子糾纏的奇妙樂章。?

研究結果顯示,飛走的電子的誕生時間充滿了不確定性。它彷彿處於一個神奇的量子迷宮中,處於不同狀態的量子物理疊加中,離開原子的時間點既早又晚。在量子物理學的世界里,我們無法確定它 “真正” 是在哪個時間點離開的,因為這個問題根本不存在一個確定的 “實際” 答案。但我們可以發現,這個答案與原子中剩餘電子的狀態存在著量子物理聯繫,就像兩根纏繞在一起的藤蔓,相互影響。如果剩餘電子處於較高能量狀態,那麼飛走的電子很可能是在較早的時間點被撕裂出來的;如果剩餘電子處於較低能量狀態,那麼飛走的自由電子的 “出生時間” 很可能較晚,平均約為 232 阿秒。?

阿秒,這個在日常生活中幾乎從未聽聞的時間單位,在量子研究領域卻有著舉足輕重的地位。它就像是微觀世界里的時間小精靈,是目前人類物理學科研中所能達到的最小的時間單位層面。1 阿秒是一秒的一百億億分之一,用更直觀的方式來說,它相當於一秒的十億分之一的十億分之一,數學上寫作 10^-18 秒。如果把這兩個處於糾纏狀態的電子看作是量子糾纏的典型例子,那麼此次研究團隊測出的飛走的自由電子的 “出生時間” 232 阿秒,就如同在黑暗中點亮了一盞燈,成為了人類首次測出的量子糾纏所需的時間,大約相當於五千萬億分之一秒。不過需要注意的是,這個時間只是在一個原子中兩個電子之間的糾纏狀態改變的時間。?

這個極短的時間尺度,讓我們對量子糾纏的速度有了更為深刻的認識。儘管這個速度幾乎快到難以想像,但科學家們憑藉著智慧和先進的技術,已經能夠在實驗中測量出這種超快糾纏的差異。就像在高速行駛的列車上,精準地捕捉到一個瞬間閃過的微小信號。?

研究者們還認為,這項研究不僅僅是揭示了量子糾纏的奧秘,它更像是為我們打開了一扇通往全新認知的大門。它表明僅僅將量子效應視為 “暫態” 是遠遠不夠的。只有當我們像擁有一把精細的鑰匙,設法解析這些效應的超短時間尺度時,重要的相關性才會如同隱藏在寶箱中的珍寶般顯現出來。正如研究團隊成員所說:“電子並不是從原子中跳出來的。可以說,它是一種從原子中溢出的波,而這需要一定的時間。正是在這一階段發生了糾纏,隨後可以通過觀察兩個電子來精確測量其效果。”?

這項令人矚目的研究成果已經於 10 月 23 日發表在權威物理學雜誌《物理評論快報》上,如同在科學界投下了一顆重磅炸彈,引起了廣泛的關注。?

量子的世界對人類來說至今仍充滿著神秘的色彩,宛如一座尚未完全被探索的神秘城堡,其中還有著太多的奧秘等待我們去解開。但隨著科學技術的不斷進步,就像一輛馬力十足的汽車不斷加速前行,以及量子理論的深入發展,我們有理由相信,在未來的日子里,我們將對量子糾纏及其相關現象有更深入的認識和理解。這不僅將為量子計算、量子通信等前沿科技領域的發展提供強大的動力,如同為這些領域的火箭裝上更強勁的引擎,推動人類社會向著更加美好的未來大步邁進。

校對 莊武