中國科技大學(xué)首次試驗(yàn)驗(yàn)證海森堡不確定原理

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記者12日從中國科技大學(xué)獲悉，該校中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒博士研究組在實(shí)驗(yàn)上突破了量子力學(xué)中“經(jīng)典”不確定關(guān)系，并驗(yàn)證了新形式的海森堡不確定原理，這也是世界上首次試驗(yàn)驗(yàn)證這一原理。

據(jù)介紹，經(jīng)典的海森堡不確定原理認(rèn)為，在一個(gè)量子力學(xué)系統(tǒng)中，一個(gè)粒子的兩個(gè)力學(xué)量，比如位置和動(dòng)量，不能被同時(shí)精確確定。但愛因斯坦等人1935年提出了“EPR佯謬”，對此進(jìn)行質(zhì)疑，認(rèn)為如果AB兩個(gè)粒子是孿生的，可以同時(shí)準(zhǔn)確測量A的位置和B的動(dòng)量，而從B的動(dòng)量又可以推出A的動(dòng)量，也就是說可以同時(shí)確定A粒子的位置和動(dòng)量。

對“EPR佯謬”的進(jìn)一步研究催生出了量子糾纏的概念�？茖W(xué)家們認(rèn)為，利用量子糾纏，有可能同時(shí)確定一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量。最近的理論研究則明確給出了這一問題的定量描述(數(shù)學(xué)公式)，這就是新形式的海森堡不確定原理通過量子糾纏，觀測者可以把被測粒子A的“量子信息”存儲(chǔ)在粒子B上，這時(shí)測量結(jié)果的不確定度依賴于A與B的糾纏度的大小，當(dāng)它們的糾纏度最大時(shí)，兩個(gè)力學(xué)量可以同時(shí)被準(zhǔn)確測量，此時(shí)經(jīng)典的海森堡不確定原理不再成立。

李傳鋒研究組利用非線性光學(xué)過程產(chǎn)生的孿生光子對，制備出一種特殊的糾纏態(tài)貝爾對角態(tài)，把其中一個(gè)光子作為被測光子，另一個(gè)光子作為存儲(chǔ)被測光子量子信息的輔助光子。他們通過將輔助光子存儲(chǔ)在自行研制的自旋回聲式的量子存儲(chǔ)器中(存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)1.2微秒)，實(shí)現(xiàn)了對被測光子的兩個(gè)力學(xué)量的測量，并給出了兩個(gè)力學(xué)量測量結(jié)果不確定度的最小值。該結(jié)果突破了經(jīng)典的不確定關(guān)系，并驗(yàn)證了新形式的海森堡不確定原理。

由于不確定原理是量子力學(xué)中最基本的原理，該成果將有助于人們更深刻地理解量子力學(xué)的本質(zhì)特征；同時(shí)，由于利用量子存儲(chǔ)技術(shù)增大了對量子保密通信竊聽的可能性，該成果對保證量子密碼的安全性也有著重要意義，有望在量子保密通信的實(shí)用化中發(fā)揮重要作用。而相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的國際權(quán)威期刊《自然·物理》上。