量子纠缠是量子力学中最反直觉的特征之一,其中两个物理分离的粒子的量子态是相连的。如果测量使一对粒子中的一个粒子获得一个确定的值,那么另一个粒子将立即获得反相关值,即使相隔很远。
爱因斯坦称量子纠缠为“幽灵般的超距作用”。现在,来自维也纳量子科学与技术中心的一个团队报告了纠缠事件的成像,其中一个粒子的测量对其遥远伙伴粒子的影响是直接可见的。
他们成功的关键是Andor iStar 334T enhanced CCD (ICCD)相机,该相机具有非常快(纳秒)和精确(皮秒)的光学门控速度。与CCD和EMCCD相机相对较长的微秒曝光时间不同,这抑制了它们在超高速成像中的作用,这种最高水平的时间分辨率使研究小组首次能够对纠缠进行实时符合成像。
量子光学和量子信息研究所的Robert Fickler说:“Andor iStar ICCD相机足够快,足够灵敏,可以实时成像测量一个光子对其纠缠伙伴的影响。”“使用ICCD相机来评估给定区域内注册强度的光子数量,为仅从单一强度图像中更有效地确定空间模式的结构和性质提供了新的实验可能性。我们的结果表明,触发ICCD相机将推进量子光学和量子信息实验,在这些实验中,单光子的复杂结构需要以高时空分辨率进行研究。”
安多公司的产品专家Antoine Varagnat表示:“该实验产生了一对纠缠在一起的光子对,从而产生相反的偏振。例如,如果一对中的一个具有水平偏振,另一个具有垂直偏振,依此类推。第一个光子被发送到偏振玻璃,偏振玻璃只传输一个角度的光子,接着是一个探测器来记录穿过玻璃的光子。另一个光子被光纤延迟,然后它的纠缠特性被相干地从偏振模式转移到空间模式,然后被带到高速、超灵敏的iStar相机。
“ICCD摄像机的使用让团队展示了在创建任何所需空间模式纠缠时的高度灵活性。他们的结果表明,量子光学中的视觉成像不仅提供了对纠缠的更好直观理解,而且还将改善量子科学的应用,”Varagnat总结道。
1935年,阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森在一篇批评量子力学的论文中发起了对量子纠缠的研究。Erwin Schrödinger不久之后也写了几篇论文。尽管这些最初的研究集中在纠缠的反直觉性质上,目的是批评量子力学,但纠缠最终被实验证实,并被认为是量子力学的有效的基本特征。目前,量子隐形传态的研究重点已转向量子隐形传态在通信和计算领域的应用,并在实验上实现了量子隐形传态。
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