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意科學家研究證實量子問題沒有簡單的加減法

發布時間:2007-12-04 作者: 來源: 瀏覽:1266


      從你那里拿走一些東西,剩下的會比原來的還多?不要驚訝,這不是橘子,而是量子。意大利科學家的一項最新研究發現,從一束激光中去除一個光子,剩余的光子可能比原來的還多。這是科學家首次利用實踐證實量子物理中的一個基本規則??量子非交換效應(quantum non-commutative effect)。該研究成果照亮了通往量子加密技術的道路,相關論文發表在9月28日的《科學》雜志上。
      從理論上來說,科學家已經知道,按照不同的順序進行量子操作會導致不同的結果。這從海森堡測不準原理(Heisenberg uncertainty principle)可見一斑。該原理認為,不可能同時確定一個粒子的精確位置和動量,因為要測量這兩個量必定會影響到粒子的屬性。而該理論的數學表達式說明,測量位置和動量的先后順序會影響得到的結果。

      在最新的研究中,意大利應用光學國家研究所(National Institute of Applied Optics)的Marco Bellini和同事利用實驗驗證了這一怪誕的問題。他們將一束激光穿過旋轉的玻璃盤,這會在一定程度上增加該定向激光的混亂狀態。盡管無法知曉激光束中光子的精確數量,但科學家可以通過量子態探測器確定光子的平均數量。隨后,利用一種已被證實的技術,研究人員對激光束進行了兩次操作??先加入一個光子再去除一個光子,以及先去除一個再加入一個。結果發現,兩次實驗最終測得的光子平均數量并不相同。
      值得注意的是,在某些條件下甚至還會出現這樣的情況,即去除一個光子后,激光束的平均光子數量還會增加。Bellini說,“不要忘了這是量子層面,如果研究的是乒乓球就不會這樣了。”
      美國羅徹斯特大學的Robert Boyd評價說,“這項實驗進行得很漂亮,它是我所知曉的對非交換量子理論最直接的驗證。”此外,Boyd對Bellini的認識表示了認同,實驗中添加或減少光子的技術原則上可應用于設計光線,從而為利用量子方法進行信息加密帶來不可思議的幫助。 

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