爱因斯坦错了 量子纠缠被证实 十大科学谜团之一

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　　今年科学家对量子纠缠还有哪些研究？

　　量子瞬间传输中国人又近了一步

　　《科技日报》3月5日报道，如果你能拥有一项超能力，你会选择什么？相信“瞬间移动”会是不少人儿时的梦想。这种超能力在物理学上并非不可能。如果我们能够对构成物体的每一个粒子进行测量，然后在目的地用同样的粒子完全复制其状态，就可以得到一模一样的物体。如今，中国科学家在这项技术上取得了重大突破。

　　今年2月26日，《自然》杂志发表封面文章，介绍了中国科技大学潘建伟项目组的“多自由度量子体系的隐形传态”研究。通俗地说，这一技术可以让科学家在异地瞬间获知粒子状态，从而开启了瞬间传输技术的大门。

　　5日的政协小组会上，全国政协委员潘建伟用一个比喻解释了这项研究：“从合肥带到北京一个保险箱，钥匙忘带了。于是我请合肥的同事测量一下钥匙，告诉我；我在北京复制它。”

　　“量子隐形传态”的原理是基于“量子纠缠”。

　　中科大网站介绍说，1997年，国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证，该工作随后与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。

　　然而，以往所有的实验实现都存在着一个根本的局限，即只能传输单个自由度的量子状态，而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质，即使是一个最简单的基本粒子，如单光子，它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。

　　潘建伟对科技日报介绍说：“测量一个自由度，不干扰其他自由度，很困难。好比测量身高，尺子一拉，体重就受了影响。”

　　中科大此次就是进一步发展出了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力，研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件，突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台，从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。

　　量子纠缠或许存在“金发女孩效应”

　　《科技日报》10月13日报道，就像童话故事《金发姑娘和三只熊》中所描述的，凡事都应有度，而不能超越极限，按照这一原则行事产生的效应，人们称之为“金发女孩效应”。一项新研究预测，量子纠缠（物质与光之间相互作用的状态）也存在这种效应，并提出宇宙在“既不太快也不太慢”的情况下起源。

　　据物理学家组织网报道，通过研究物质和光同时存在的系统（包括宇宙在内），研究人员发现，以适中的速度经历量子相变会产生最丰富、最复杂的结构。这些结构类似于平滑、空洞的空间中的“缺陷”。研究结果发表在美国物理学会主要会刊《物理评论A》上。

　　在日常世界中，一种物质可以在不同的温度条件下经历相变，例如水可以在足够热或足够冷的条件下变成水蒸气或冰。但是在量子世界中，一个系统可以在绝对零度的情况下经历相变，只要改变光和物质之间互相作用的量就可以。这种相变会产生量子纠缠。

　　科学界普遍认为，宇宙中星团、行星系统、星系等结构的诞生源于量子相变，而且经历相变的速度越快，产生的结构就越多。最新研究否定了这种说法。

　　“我们的研究认为宇宙是在适中的速度中被‘烹饪’出来的。”研究者之一、美国迈阿密大学物理学教授尼尔·约翰逊说。他把经历量子相变时光和物质高度纠缠的结构比作加热牛奶和燕麦时从无到有形成的粥块。如果以恰好的速度经历相变，这种结构会更为复杂，这类似于以恰好的速度烹饪时，粥块会更好吃。

　　该研究涉及多种规模不同的光与物质同时存在的系统，而且它所预测的量子纠缠的“金发女孩效应”可以在理想的条件下通过实验设备实现。研究人员正试图确定能够产生加强的量子纠缠效应的精确条件，以供其他研究人员在实验环境中实现他们所预测的情况。

　　最新研究为如何产生、控制和操纵量子纠缠带来了启发，也为开启超快量子计算、超安全量子密码、高精度量子计量学以及量子态隐形传输等下一代未来技术提供了钥匙。

　　美日科学家发现时空可能来自量子纠缠

　　腾讯太空5月30日报道，东京大学科维理宇宙物理学与数学研究所科学家Hirosi Ooguri称时空的出现可能来自量子纠缠，量子纠缠是个深奥的问题，关系到广义相对论和量子力学，比如黑洞信息悖论等。根据科学家的研究发现，光量子纠缠和时空之间存在联系，目前物理学家和数学家正在从量子纠缠的角度去解释时空是如何出现的，这是广义相对论与量子力学之间统一理论迈出的重要一步。除了日本东京大学外，美国加州理工学院的数学家马蒂尔德等人也参与了本项研究，论文发表在物理评论快报上。

　　物理学家和数学家一直在寻找建立在广义相对论和量子力学基础之上的统一理论，广义相对论解释了引力和大质量天体的现象，比如恒星、星系在宇宙的运动等，而量子力学则从亚原子到分子尺度解释微观的现象。科学家认为应该还存在未知的全息原理能够统一这两个理论，并包含它们的基本特征，根据全息原理，原理的三维时空能够由量子力学二维表面进行解释。换句话说，广义相对论中的三维时空来自量子力学的二维表面，但其中的过程一直是个谜。

　　不过东京大学和加州理工的科学家发现，量子纠缠能够解决这个问题，利用量子理论计算能量密度，在三维时空中增加了引力相互作用，在二维量子表面上建立出时空模型。量子纠缠的重要性此前已经被科学界所知晓，但在时空中量子纠缠的具体作用仍然并不明了。量子纠缠在爱因斯坦的理论中被认为是超距作用，而东京大学和加州理工的科学家的研究表明，量子纠缠还可能产生额外的时空维度。