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一项量子实验突破性地测量了光在37维空间中的行为,揭示了量子奇异性如何挑战人类的直觉认知,为未来量子技术应用提供新视角。
量子物理学中一个核心悖论,最近通过一项非凡的实验得到了测试,这项实验将人类的直觉推向了极限,科学家们测量了一束光在37个维度中的存在方式。
由中国科学技术大学的科学家们领导的研究团队,开发了一种方法,基于光纤光子处理器严格测试了一种Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 悖论。这一发现阐明了量子怪异现象在基本层面上的运作方式,并为未来量子技术应用的研究提供了潜在的启示。同时,也再次证明了我们的大脑在理解宇宙引擎操作手册方面的无力。
这个直觉系统可以用局部实在论来描述。你可以想象从Judy阿姨到你自己之间的一连串事件,每一个事件都通过一系列相互连接的地方发生,从Judy阿姨的厨房桌子到邮局,再到你的地址。
在大多数科学现象中,局部实在论足以很好地描述事物是如何运作的。
但科学家们不得不用量子物理学搞乱这一切,发现运行现实的机器遵循一些完全没有意义的规则。最离奇的规则之一就是,它与局部实在论相矛盾。
因此,在你查看信箱之前,宇宙尚未决定信箱里是否有卡片,邮递员是否到过,或者Judy阿姨是否记得你的生日。
物理学家称这些未决的物体和事件为“上下文”,它们之间的关系称为“纠缠”。要想知道Judy阿姨是否寄了卡片,唯一的办法就是打开信箱查看——在此之前,一切都是悬而未决的。
到目前为止,这一切看起来可能都很简单,但GHZ悖论却给这一切带来了巨大的难题。它预测了与局部实在论相悖的实验结果,仿佛Judy阿姨的卡片在没有邮递员帮助的情况下,自己出现在了你的信箱里。
这种荒谬的现象能推到多远?为了将这个悖论推向极限,研究人员设法使用仅三个上下文来找到非局部性的最极端表现。
他们将连贯的光子流替换为Judy阿姨的卡片,用光纤系统和精确的干涉测量工具代替邮递员和信箱。研究人员通过这一情境的实验验证,倒推观察到的相关性,证明即使只有三个上下文,我们对局部实在论的期望也能被彻底颠覆。
然而,要理解这一现象如何发生,我们需要在我们的上下、前后、左右以及逐秒的维度之外,再加入一些额外的维度。比如,另外33个维度。
在这里,团队设计了一组三种上下文之间的关系,这些关系可以通过37个状态来解决,每个状态代表一个不同的空间维度。
从哲学角度看,这一切提出了一些深刻的问题,比如为什么我们只以经典的方式体验现实?这些额外的维度是否具有物理意义?为什么Judy阿姨会忘记你的生日?
目前,知道仅仅三个量子“可能性”就足以创造出GHZ类型的悖论,可能会引领我们对现实基础的更深入探索,同时为开发更快速、更强大的量子电路设定边界。
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