科学家提出观察类时纠缠实验新设想

2011-2-01 11:04 来源: 科技日报
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  在“普通的”量子纠缠中,两个粒子即使在空间上相隔遥远,彼此之间也有一种内在的联系。据美国物理学家组织网近日报道,澳大利亚物理学家最近提出,只存在于时间上的量子纠缠也可能存在,而且还可以将这种类时纠缠转化为正常的类空纠缠。

  澳大利亚昆士兰大学物理学家·杰伊·奥尔森和提马斯·拉尔夫在他们论文中描述了如何用两个探测器将类时纠缠转化成类空纠缠,并探讨了用类时纠缠来进行“时间中远距传输”的可能性。

  奥尔森解释说:“基本上,一个在过去的探测器能‘捕获’某个处于过去量子场状态的信息,携带它及时赶赴未来——当它以光速运动时,这一信息会散逸到遥远的时空中去。当另一个处在同一空间位置的探测器捕获了处于未来场状态的信息,就能把这两个探测器相互比较,看看它们的状态是否发生了人们所熟知的普通纠缠——我们发现确实如此,它们应该是纠缠的。”

  他们提出了实验设想,利用类时纠缠作为一种资源,将一个量子态移动到未来,并称这一过程为“时间中的超距传输”。设想实验中用到两个量子比特探测器,一个被连接到过去场,另一个被连接到未来场。首先,由与过去连接的探测器操作一个量子比特,生成有关量子比特如何被探测到的信息。然后将这一量子比特传输到未来,基本上跳过中间时期。再把第一个探测器移开,把第二个跟未来连接的探测器放在第一个探测器的空间位置上。

  他们还强调,必须保证一种重要的对称时间相关性,实验才能有效进行。如果量子比特在零时刻被传输,第一台探测器在零时刻之前运行的时间必须和第二台探测器在零时刻之后开始运行的时间相同。比如,如果零时刻是12点整,第一台探测器在11点45分运行,第二台探测器必须等到12点15分才开始运行,这样才能获得纠缠。

  根据他们以前的研究经验,这种类时纠缠应该生成一种源自量子真空的新型热效应(量子真空被认为有多种热效应,包括至今尚未观察到的霍金辐射)。他们预测,用当前的技术观察新型热效应可能比其他的热效应更容易。这种用于提取和转化类时纠缠的实验程序能提供在真空时空中直接观察量子纠缠的新途径。

  “量子纠缠每天都能被观察到,”奥尔森说,“然而,在真空状态直接观察量子纠缠还是首次,量子纠缠将有可能作为一种资源用于量子技术。在物理学上,真空状态最接近‘空无一物’(没有普通粒子的状态),观察并利用真空中固有的纠缠作为一种技术资源,可能提供一种建造量子设备的方法,仅仅利用空闲的空间作为最基本的组成要素。”