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中国“墨子号”卫星完成引力诱导量子纠缠退相干理论检验

时间:2019-11-06 17:12:03浏览:3417 作者:匿名

  摘要:中国科学院20日发布消息说,中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟及其同事彭承志、范靖云等与美国加州理工学院、澳大利亚昆士兰大学等单位科研工作人员合作,利用中国“墨子号”量子科学实验卫星对一类预言引力

 

中国科学院20日宣布,中国科学院院士、中国科技大学教授潘建伟及其同事彭承志和范景云,与加州理工学院和澳大利亚昆士兰大学的科研人员合作,利用中国“墨子”量子科学实验卫星,对预测重力场引起的量子退相干的理论模型进行了实验测试。北京时间凌晨,这一重要研究成果被国际权威学术期刊《科学》(Science)在线发表。

阿里地面站望远镜在延时摄影下用于与墨子的量子通信。中国科技大学/供应图

这是世界上第一次利用量子卫星在地球重力场中测试量子力学与广义相对论相结合的理论,这将极大地促进相关物理的基础理论和实验研究。潘建伟表示,墨子的先进技术促成了量子光学实验在人类历史上首次成功运用,完成了量子理论与重力之间的基础理论验证。

量子力学和广义相对论是现代物理学的两大支柱。然而,任何试图将量子力学和广义相对论结合起来的理论工作都会遇到很大的困难。在目前已知的四种基本相互作用中,电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用已经被量化和统一。只有引力的量子化问题仍未解决。解决这个问题将有助于建立四个基本相互作用的统一理论。目前,关于如何结合量子力学和引力理论的讨论有很多模型,但都缺乏实验测试。主要原因之一是这些理论模型的预测需要在目前难以达到的极端实验条件下进行测试。

参与实验的科研人员在阿里地面站。照片的背景是与“墨子”号的卫星地面对接。中国科技大学/供应图

近年来,理论物理学家探索了一些新的机制,这些机制可能在当前的实际条件下通过实验得到验证。澳大利亚物理学家拉尔夫提出了“事件形式”的理论模型,探索了重力可能引起的量子退相干效应,并提出了一个现实可行的实验方案。

量子科学实验卫星是测试这一理论的理想平台。由于潘建伟团队对“墨子”量子科学实验卫星的早期实验工作和技术积累,这次中外科学家合作率先在太空进行重力诱发的量子纠缠退相干实验,测试量子纠缠光子穿过地球重力场的退相干。

阿里地球站望远镜与墨子进行量子通信。中国科技大学/供应图

最后,研究人员在这个实验中使用卫星产生和测量两个纠缠粒子。通过一系列精巧的实验设计和理论分析,他们令人信服地排除了“事件形式”理论预测的重力引起的纠缠退相干现象。在实验观测结果的基础上,对以前的理论模型进行了修正和改进。修正后的理论表明,在墨子500公里的当前轨道高度上,纠缠退相干现象相对较弱。为了进一步验证这一确定性,今后需要在高轨道实验平台上开展进一步的研究。

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