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人们是怎样在光束中测量到两个光子发生纠缠的?

2023-04-22 10:15阅读:
倒扣碗
终生碌碌,一事无成。
人们是怎样在光束中测量到两个光子发生纠缠的?
2023-04-10 09:23:29标签:教育
在讲述命题之前,我们先讨论这样的一个问题。喜欢动脑的读者提出:“量子的状态是利用波函数表示的。但是我们只要对量子的状态进行测量就必然导致波函数的”坍缩“,也就是不能观察到原初的真实状态。就如薛定谔的猫。箱子没打开,里面的猫既可能是活的,也可能是死的。波函数可以分别给出每个状态存在的概率。但是一打开盒子,看到的只能是一种100%概率发生的状态,要么是死的,要么是活的,只能是其中一种。这样一来,我们观测到的量子纠缠还是没做观测的原初两个量子间的纠缠吗?你观测的只能是两个量子波函数”坍缩“状态后的纠缠。我们不好回答观测的是否真实反映原初的纠缠,因为谁都无法知道。但是科学上的所有研究,不都是依赖实际的观测吗?科学研究的结果主要是应用,我们应用的就是观测后的结论,而不必理睬”坍缩“前的情况。所以现在我们对量子纠缠的观测也是如此,不必关心原初波函数的纠缠。现在一种说法普遍认为,两个量子如果发生纠缠,无论相隔多远,一个改变了状态,另一个立即也改变,响应时间的间隔极短,以至于相应的传递速度超光速。试问,我们能够观测到这种纠缠吗?我们不可能预先知道两个纠缠量子的位置,无法设置仪器进行跟踪变没变的测量,更没有技术测量超光速!这个定义给出的纠缠无法找到和测量那怎么进行研究和利用?还有什么意义?所以只相信和利用观测结果的人们,对量子纠缠就要有一个可以观测和利用的新定义。我们可以任意定义两个量子满足任何一个物理参数之间的关系就是纠缠,同时也可以定义满足同一个物理量数值大小的两个量子就是一种纠缠,等等,可以造就许多方面的纠缠。只要极难发生和极难测到我们定义的条件,别人就不能重复,因而就能用来加密,或者造就唯一的独家使用的技术,使我们对纠缠的研究得到真正的应用。
我们用实验使用的光子间的纠缠来讲述,首先必须定义和选择纠缠的条件,测到的满足定义条件的两个光子就认为它们发生了纠缠。光是一种电磁波而且是振动方向垂直于传播方向的横波,在垂直于传播方向投影的二维平面上光子电磁波振动方向有无穷多个。我们选择两个光子在垂直于传播方向的平面投影上的电磁波振动方向之间有一个固定数值的夹角作为纠缠条件,比如,两光子电磁波振
动方向夹角是38°19分,别人不可能知道这个条件,所以是很保密的。只要测到一个光子和另一个光子电磁波振动方向的夹角是38度19分,并满足自己规定的纠缠对数,就可以作为起始加密条件的量子纠缠。那么怎么测量那?在光学研究中人们早就知道了光的偏振现象。当光束穿过一些透明晶体时,只允许电磁波是一个振动方向的光穿过,其它振动方向的光被阻挡,这就是线偏振现象。好了,我们选择这样的晶体切割成两片,切开后相对位置不动,那穿过两片晶体的光的电磁振动方向是相同的,比如都是向上方振动的光穿过。我们转动一个晶体片90度,就使得其中一片是让向上振动的光穿过,而另一片变成了让水平振动的光穿过,两个光的振动夹角就是90度。所以我们可以任意转动一片晶体,比如只转动38度19分,然后分开安置晶体。这样将一束单光子光源的光用半透明反射镜面分成两束,各照到一个晶体片上,两片同时穿过光子,这两个光子电磁振动方向的夹角就是38度19分,就测到了一对光子的纠缠了。目前光子纠缠的实验都是这样做的,包括科技大教授潘建伟的实验也是这样做的。

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