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不清楚这跟激光有无相似处:
物理学家尝试“繁殖”薛定谔猫:逼近量子世界极限
2017年05月08日 08:05新浪科技微博

  薛定谔的猫是一项著名思想实验中的一只假想中存在的猫,它可以同时处于生存或者死亡的状态,这在量子理论中被称为状态的“叠加”
  新浪科技讯 北京时间5月8日消息,据国外媒体报道,科学家们近日表示,他们可能找到了一种方法,能够让“薛定谔的猫”进行繁殖,从而有朝一日连接起量子世界与现实世界之间的桥梁。
  薛定谔的猫是一项著名思想实验中的一只假想中存在的猫,它可以同时处于生存或者死亡的状态,这在量子理论中被称为状态的“叠加”。
  但这毕竟只是一个帮助理解的比方,量子理论的一些效应是否真的能够对宏观物体产生作用呢?这一点仍然存在争议。最近,物理学家们就设计了一种新的实验方案,通过对处于经典状态的两束光线进行调制,以产生“放大版”的薛定谔猫,并以此探寻量子世界与经典宏观世界之间的边界(如果这样一个边界存在的话)。
  亚历山大·洛沃斯基(Alexander Lvovsky)是加拿大高等研究院(CIFAR)量子信息科学研究员,他说:“物理学中的一项基本问题就是量子世界与经典世界之间的边界。如果条件合适,量子现象能够在宏观物体上被观察到吗?对于这样一个问题,理论没有给出回答,或许根本就没有这样一个边界,我们所需要的就是一个能够找到这个问题答案的合适工具。”
  通过这种方式,研究人员将两个振幅1.15,处于“负压缩”状态的“猫”合成了一只振幅1.85的正压缩状态的猫
  在近期开展的实验中,研究人员将物理学上近似的“薛定谔的猫”进行“繁殖“。讲的更具体一些,那就是科学家们将两束连续光束进行了叠加,这两束光的电磁场方向完全相反。
  根据10多年前由澳大利亚研究人员所提出的一项设想,研究组尝试基于这些光波状态不断培育更高振幅的光波“猫”。
  相关研究的合作者,英国卡尔加里大学研究生阿纳斯塔西亚·普什基纳(Anastasia Pushkina)表示:“简单来说,我们利用光波分束器让这两只‘猫’发生干涉。这样就能在分束器的两个输出终端上得到相互纠缠的叠加态。在其中一个分束器输出终端上,我们安装一台探测装置。如果我们的探测器能够检测到一个正反馈信号,这就意味着一只‘猫’诞生了,且其能量是初始状态的两倍。”
  通过这种方式,研究人员将两个振幅1.15,处于“负压缩”状态的“猫”合成了一只振幅1.85的正压缩状态的,能量更高的猫。
  在实验过程中,研究组成功获得了数以千计的这种“猫”。研究人员表示,这项实验结果对于未来量子通讯技术,隐形传态和密码学产生影响。
  相关研究论文的第一作者,来自俄罗斯量子研究中心和莫斯科国立师范大学的研究生德米特·塞切夫(Demid Sychev)指出:“非常关键的一点在于该实验流程能够被不断重复:之前你‘新’制造出来的‘猫’还可以继续被输入分束器再次叠加,从而再次提升能量等级。用这样的方法,理论上你就有可能不断推进量子世界的边界,并逐渐逼近量子世界的极限。(晨风)


标签:薛定谔猫量子分束器物理学家
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万德福!天命人的大Q比特又有新突破了!贺!科学研究不仅要有理论家,更得有实验家,当然不能缺了投钱的资本家,一切,都是为了伟大的国家!如果需要个啦啦队,咱想加入!

清华段路明研究组刷新量子存储容量国际记录



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2017年05月09日14:42 清华大学
清华段路明研究组刷新量子存储容量国际记录

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清华新闻网5月9日电 清华大学量子信息中心段路明研究组在量子信息领域取得重要进展,首次实现具有225个存储单元的原子量子存储器,将量子存储器存储容量的国际记录提高了一个多数量级。该成果的研究论文《225个存储单元的量子存储器的实验实现》(“Experimental realization of a multiplexed quantum memory with 225 individually accessible memory cells”)近日发表于《自然·通讯》(Nature Communications)。

量子存储器二维存储阵列示意图。
量子存储器是实现长程量子通讯和量子计算机的重要部件。长程量子通讯需要量子中继器,以克服单光子信号在传输信道中的指数衰减问题。2001年,段路明与合作者提出DLCZ(Duan-Lukin-Cirac-Zoller)方案(《自然》414, 2001),利用原子量子存储器和单光子信道的结合以抑制衰减。该方案在量子信息领域引起很大反响,美国、中国、欧洲的多个研究组致力于在实验室上实现该方案,取得了系列重要进展。《现代物理评论》(Review of Modern Physics)和《自然》曾发表专文介绍相关进展,其中提高量子存储器的存储容量被认为是量子中继器实验实现方面的一个关键问题。

原子量子存储器阵列实验装置示意图。
此前,美国有研究组通过空间分波法,实现了12个存储单元的量子存储器。国内有研究组利用高维态空间的方法,实现了3到7维光信号的量子存储,该信号能编码2到3个量子比特。段路明研究组引入二维量子存储阵列的方法(如下图所示),大大提高了量子存储器的存储容量,将原子存储单元的数目增加到225个,比国际原有记录提高了近20倍。


实验演示任意原子存储单元与光子间的量子纠缠存储。
该实验利用二维可编程光路,近乎完美地保持了两百多个激光光路之间的相干性,从而为量子比特相干性和量子纠缠的存储提供了条件。实验利用DLCZ方案,实现了光子态与任意一对原子存储单元间量子纠缠的存储与读取,并证明各量子存储单元可以分别独立操作,避免了相互干扰。这些技术为高容量量子存储器的实现和量子中继器的发展奠定了基础,审稿人认为,“实现225个单元的量子存储是量子存储器实用化发展方面的一个重要里程碑”。
该论文第一作者为清华量子信息中心博士研究生濮云飞,通讯作者为段路明教授,其他作者包括交叉信息研究院博士研究生蒋楠、杨蒿翔、常炜、李畅。项目得到教育部、清华大学-九州量子网络联合实验室的经费支持。
清华大学量子信息中心成立于2011年,由世界著名计算机学家、2000年图灵奖得主姚期智院士领导,清华大学姚期智讲座教授段路明担任执行主任。近几年,清华量子信息中心在离子、金刚石、超导量子计算和全量子网络方面取得了系列创新成果,在《自然》《科学》《自然》子刊、《物理评论快报》等重要学术期刊发表论文数十篇。
论文链接:
https://www.nature.com/articles/ncomms15359
供稿:交叉信息研究院 编辑:悸寔 华山
责任编辑:初晓慧


文章关键词:量子 存储器 研究组
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本帖最后由 癯鹤 于 2017-5-10 20:44 编辑

aganmu

无量天尊!Numerous 阿弥托佛!靺鞨波惹波罗蜜!卖膏的!科学对空间的认识由三维一体向三位一体进步(三三得九,九维空间,加上时间就是“”维)!可喜呀,亚克西,可喜可贺!感觉巨石文明可能利用了高维空间(据说巨石会飞?)。高维空间也可能是通向宇宙远方的南天门,阿门!!

宇宙不止三维?引力波或为寻找其它维度关键


2017年05月10日 07:58新浪科技微博105微博微信空间分享添加喜爱


新浪科技讯 北京时间5月10日消息,据国外媒体报道,平行宇宙一直是天文学中的重大未解之谜之一。如今,科学家认为他们终于找到了一种寻找未知维度的方法。
  物理学家认为,引力波的变化可以改变现实,创造出未知的维度。由于各个维度中都存在引力,引力波将成为我们搜寻未知维度的绝佳途径。
  我们都知道自己生活在由长、宽、高构成的三维世界中。但物理学家一直相信,除此之外还有更多维度。
  为确定是否存在其它维度,马克斯普朗克引力物理研究所的研究人员对引力波展开了调查。引力是基本力中最弱的一种。专家们一直怀疑,这可能是因为部分引力逃逸到了其它维度中。
物理学家认为,引力波的变化可以改变现实,创造出未知的维度。
  该研究的主要作者古斯塔沃·卢西纳·戈麦斯(Gustavo Lucena Gomez)表示:“如果宇宙中存在其它维度,引力波就可沿着任何维度传播,包括除三维之外的维度。”
  研究人员通过计算考察其它维度对引力波产生的影响,结果发现了两点奇怪的效应:高频率时会出现更多引力波,且引力波拉伸空间的方式也会有所变化。
  研究人员发现,当引力波穿越其它维度时,应出现更多高频率引力波。但目前的观测手段无法探测到如此高的频率,而是以低频率引力波为关注重点。因此探测高频引力波是一个不小的挑战。
  但研究人员表示,引力波拉伸空间的变化应当更容易被探测出来。
  卢西纳·戈麦斯博士(Dr Lucena Gomez)指出:“如果宇宙中存在其它维度,就会以一种与标准引力波全然不同的方式,使时空拉伸或收缩。”
  引力波如涟漪般在在宇宙中穿行时,会将空间像橡皮筋一样拉长。这根“橡皮筋”形成的椭圆在恢复原状之前,一端会越拉较长、另一头则越来越短。
  研究人员通过计算考察其它维度对引力波产生的影响,结果发现了两点奇怪的效应:高频率时会出现更多引力波,且引力波拉伸空间的方式也会有所变化。
  但新的维度则使引力波可以以另一种方式拉伸空间,即所谓的“呼吸模式”(breathing mode)。空间就像肺部呼吸时一样,除了拉长之外,还会扩张和收缩。
  戈麦斯博士表示:“我们将借助更多的探测器,确认宇宙是否存在上述‘呼吸模式’。”
  法国巴黎综合理工学院的埃米安·杜达斯博士(Dr Emilian Dudas)表示:“我们已经从多个角度,对其它维度展开了长时间的探讨。引力波或将成为我们寻找新维度的转折点。”
  去年,大型强子对撞机的研究人员称宇宙中也许存在九个维度,而黑洞或许是我们到达接触维度的关键。
科学家正利用日内瓦的大型强子对撞机搜寻其它维度存在的证据,小型黑洞就是其中之一。
  去年,大型强子对撞机的研究人员称宇宙中也许存在九个维度,而黑洞或许是我们接触这些维度的关键。
  一些粒子物理理论认为,宇宙的实际内容比我们所见之物丰富得多,这些额外的纬度或许能解决我们在量子物理学和引力等方面的诸多疑问。
  其中一项名为“膜理论”的理论认为,平行宇宙也许就隐藏在这些维度之中。
  “膜理论是弦理论的一部分,而弦理论试图用同一模型解释我们见到的所有力和粒子。”伦敦玛丽王后大学物理学家克里斯·怀特博士(Dr Chris White)指出。“该理论认为,自然界的基本组成部分并不是粒子,而是弦、平面和更高维度的膜。弦理论只有在九维空间中才能成立,而不是我们观察到的三维空间。”
  只有九维空间中才存在“弦”。若将时间也作为一种维度,那就是十维空间。
  克里斯托弗·加尔法德博士在《你手中的宇宙》(The Universe in Your Hand)一书中提出了一项假想实验,描述了在不同维度间穿行时会看到怎样的情景。
  “你会看到类似黑洞的结构通过扭曲的时空构成的管道将邻近的膜连接在一起,不同的膜通过引力互相吸引。”
  “也许这些膜中生活着其他人类。黑洞会不会是连接各个世界的通道呢?”
  科学家正利用日内瓦的大型强子对撞机搜寻其它维度存在的证据,小型黑洞就是其中之一。
  “如果有大小合适的维度,大型强子对撞机可制造出小型黑洞。这些黑洞会快速衰变,但会在探测器内部释放出大量辐射。”(叶子)


标签:引力波宇宙强子对撞机黑洞
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本帖最后由 癯鹤 于 2017-5-12 22:02 编辑

看到则颇令人震惊的科技新闻。不知底细,但貌似有理:

科学家不敢相信! 新研究显示人类的情绪可以硕造物质世界!
2017/3/10 编辑:admin 来源:本站整理
三个由不同科学团队所做出的研究,证实了一件非凡的事情。

人类的情绪实实在在地形塑了我们所处的世界;不只是我们对于世界的觉知或观感,而是真切的现实。

参考消息:http://www.arpun.com/

在第一项实验中,受试者的DNA被单独存放在一个密封的容器中。在另一个房间中,DNA的主人会接受情绪刺激,而神奇的是,那个被隔离的DNA竟然会受到影响。

当受试者受到负面情绪冲击时,抽取出来的DNA便会紧缩起来;反之,当受试者产生正面情绪时,DNA的螺旋便会放松。

凭藉这样的实验,科学家下了一个结论:“人类情绪所产生的影响,甚至可以推翻传统的物理定律。”



第二个实验有些雷同,但是两者并无直接相关。另一组科学家从受试者身上抽出白血球细胞,放在一个测量室中,他们就可以得知电讯号的变化。

在这项实验中,受试者被安排在另一个房间,而且要观看一些短片,试图使他们产生不同的情绪,接受所谓的“情绪刺激”。

而DNA(即那些白血球细胞里头的染色体的DNA)则放置在同一栋建筑的不同房间里。受试者与其DNA都被监测着,数据显示,不论受试者反应出情绪的高点或是低点(经由电讯号反应得知),DNA也会在相同时间呈现相同的反应。



两者之间的反应没有时间差,传输也不耗费任何时间。DNA所呈现的高低,与受试者的情绪峰谷完全一致,即时反应。

科学家想要更进一步了解,要使受试者与其DNA相隔多远的距离,这种效应才会消失。于是,在他们把受试者与其DNA放到相距50英尺的两个地方后,他们就决定停止这项试验,因为就算距离这么遥远,他们还是得到了相同的结果。没有时间延迟,也不需要传输时间。

受试者与其DNA在同时间有一模一样的反应。所以我们得到了一个结论,个体与其DNA可以相互交流,超越时空的限制。

第三个实验,证实了更加惊人的事情。

科学家观测了DNA可以在我们的物质世界中产生什么样的影响。

光子是组成世界的基本粒子,科学家将一些光子置于真空管中观测,但其位置不能被准确测定。

之后,人类的DNA被放到同样的真空管里。惊人的结果发生了,那些光子不再随机漂浮,它们精确地随着DNA的几何结构移动。



执行这项实验的科学家表示:“那些光子的行为在我们的意料之外,可以说与我们估算的大大相反。”又说:“现在,我们必须承认,可能有某个未知的能量场存在。”

他们也做出了结论:人类的DNA实实在在地影响了光子的行为,而光子则是组成现实世界的基础!

于是,当科学家将这三个科学实验的结果合并起来检视的时候,可以想见他们有多讶异。

他们恍然大悟:如果我们的情绪影响着DNA,DNA影响着光子,光子形塑着我们的世界;那么,我们的喜怒哀乐,便有改变物质世界的能力。



还不只如此,我们与自身DNA的连结,已经超越了时空的维度。

我们的选择的情绪会显化真实。

科学证实的这个结果,简直是大开眼界,让我们知道所处的宇宙究竟是怎么一回事。我们所要做的,就是“将所有线索都连结起来”(connect the dots)。

来源:

– [url=https://www.youtube.com/watch?v=pq1q58wTolk?www.arpun.com]https://www.youtube.com/watch?v=pq1q58wTolk[/url]; – Science Alert; – Heart Math; – Above Top Secret; – [url=http://www.bibliotecapleyades.net/mistic/esp_greggbraden_11.htm?www.arpun.com]http://www.bibliotecapleyades.net/mistic/esp_greggbraden_11.htm[/url];

lifecoachcode

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不明就里,不明觉厉!没有做不到的梦,只有想不到的技术!

史上首次,中国科学家成功实现反事实量子通信
2017年05月23日 07:40IT之家
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  相比传统的通信方式,量子通信以超高的安全性成为未来通信发展的一大方向,此前经常被报道的量子通信均是基于纠缠原理,今天要介绍的是一种更古怪的形式——反事实通信:两个接收者之间没有任何粒子传输的量子通信,这种不发送粒子传输量子态的效应也被称作量子芝诺效应。



  据物理学家组织网近期报道,中国科技大学研究人员成功实现直接反事实量子通信,在不发送任何物理粒子的情况下将一幅黑白位图从一个地点传送到另一个地点,这在通信史上尚属首次。该研究由中国科技大学上海分校和合肥分校以及清华大学的中国科学家的合作设计和实验,用嵌套式的量子芝诺效应成功实现反事实通信。
  量子芝诺效应发生在不稳定的量子系统被反复的测量。在量子世界,观测或测量系统会导致系统发生改变,在本例中,不稳定的粒子在反复观测时将永远不会衰减。量子芝诺效应创造了一个具有高可能性的事实上冻结的系统。研究报告发表在《美国国家科学院院刊》上。


标签:量子通信粒子科学家通信
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24# 癯鹤

无量天尊,numerous 阿弥托佛!神的选民犹太人三巨头:马克思、希特勒、爱因斯坦是影响今日世界的老“天使”!
可惜脑子不好使,思维力不够强大!不然,我要能想啥来啥,钱钱钱钱钱,玛尼堆,money成堆,承兑给我该多好!!


科学家试图证明爱因斯坦的“幽灵般的远距效应”
2017年05月24日 07:59新浪科技微博



量子纠缠是指,两个粒子即使相隔数光年之遥,也能够具有相互联系的特性。
  新浪科技讯 北京时间5月24日消息,据国外媒体报道,约100年前,阿尔伯特·爱因斯坦提出了一套饱受争议的量子物理理论,即“幽灵般的远距效应”(spooky action at a distance)。他认为量子纠缠理论不够完整,有所缺失。
  如今,一名科学家希望证明爱因斯坦的理论是正确的。而他借助的工具其实与量子物理关联不大——人类意识。
  量子纠缠是指,两个粒子即使相隔数光年之遥,也能够具有相互联系的特性。因此,在两个粒子间传递的信号传播速度必须超过光速才行。
  爱因斯坦认为,这说明量子纠缠理论存在漏洞,但他不清楚究竟缺少了什么。
  为完善爱因斯坦的理论,物理学家约翰·贝尔(John Bell)于1964年发明了一项测验,史称贝尔测验。在这项实验中,他制造了两个相互纠缠的粒子,让它们以反方向运行,同时用一台设备测量每个粒子的旋转情况。他还使用了一台随机数产生器,改变设备设置,因此每个粒子不可能知道另一个粒子的设置如何。就这样,他对几对随机设置的、相互纠缠的粒子进行了测量。
  如果爱因斯坦的猜想正确、的确存在幽灵般的远距效应,该测验的测量结果应当在多次实验中得到反复验证。但到目前为止,所有实验都显示他是错误的,幽灵般的远距效应并不存在。

  如今,一名科学家希望证明爱因斯坦的理论是正确的。而他借助的工具其实与量子物理关联不大——人类意识。
  但一些科学家认为,随机数产生器生成的结果未必随机,也许受到了某种尚未被物理学发现的内在机制影响。
  加拿大圆周理论物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical Physics)的卢西安·哈迪博士(Dr Lucien Hardy)利用人类思维这一特殊工具,试图绕开这一机制的影响。
  哈迪博士设计了一套实验,将两个粒子分隔100公里,每端安排100位受试者。每位受试者都需要戴上可读取其大脑活动的头罩。他们的脑活动信号被用来控制测量设备的设置。
  哈迪博士希望对每个粒子进行多次测量,也许其中有一小部分粒子在到达目的地之前、其设置就已经在受试者大脑活动的影响下发生了改变。
  他认为如果两个粒子测量结果的关联程度与此前的贝尔测验不同,就说明幽灵般的远距效应的确存在。
  哈迪博士指出:“如果利用人类或其它动物的意识、取得了与量子理论不符的实验结果,这将令人大为振奋。我想象不出物理学领域还有什么实验结果能产生如此大的冲击。至于这究竟意味着什么,我们将通过辩论来解决。“


约100年前,阿尔伯特·爱因斯坦提出了一套饱受争议的量子物理理论,即“幽灵般的远距效应”。
  除了证明爱因斯坦的猜想正确之外,这一发现还提出了自由意志的问题。
  哈迪博士表示,就算整个物质世界都由物理学掌控,假如人类思维由其它物质构成,我们便可利用自由意志超越物理学的限制。
  他指出:“这无法解决问题,但肯定会大大影响自由意志这一说法。”
  日内瓦大学的尼古拉斯·吉辛教授(Professor Nicolas Gisin)对哈迪博士的实验表示期待,但对使用非结构化的大脑信号控制设备设置这一点,他表示有所怀疑。他认为这和随机数产生器没什么区别,最好用有意识的人类思维开展实验。
  吉辛教授指出:“实验结果很有可能平平无奇,量子物理也不会为此改变。但如果实验结果令人大吃一惊,将产生巨大影响。这将是科学家第一次触及意识问题。”(叶子)


标签:爱因斯坦幽灵般的远距效应量子纠缠意识
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13# 癯鹤
“万物源于比特”——廖教授的洞见与科学前沿和历史规律不谋而合!不识庐山真面目,只缘身在此山中!凯原教授真是达本还原的接引道人啊!
癯鹤 发表于 2016-11-24 11:00
万物源于比特这个说法是来自美国物理学家、数学家惠勒,所谓源自比特的世界,是人观测中的世界,这个问题和量子力学的测量问题紧密相连;楼主真有兴趣的话读读量子理论和信息论吧。
山不走到我这里来,我就到它那里去。
27# 剪径者
谢谢回复!量子化学是我大学挂科的课程,心有余悸!我数学差,记忆力不好,现在困于形而下的生计问题,对形而上的道只能浅尝辄止,顶多做做梦了!
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本帖最后由 癯鹤 于 2017-6-2 21:00 编辑

摩诃般若波罗蜜!
今天想到我们这里“热”发音为“暍”,“惹”发音为“也”,感觉古时唱喏的“喏”和“yes”,是同源词。网络搜索,发现宫玉海先生已经论及:《喏和诺不可混淆
感觉古汉语“喏巳”、日语“哟西”跟“yes”都是同源词。
从宫先生的文章里还学会了“般若”的念法“波也”——联系一下“博野”、“伯牙”,迁三苗于三危以变西戎,三藐三菩提,呵呵哒!

第三次引力波事件确认!证实宇宙存在"微胖"黑洞!
2017年06月02日 09:12新浪科技微博

  出品 | 科普中国
  制作 | 黑洞来客 苟利军 黄月
  监制 | 中国科学院计算机网络信息中心
  引力波无疑是2016年科学界最大的新闻之一。
  2016年2月和6月,LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 激光干涉仪引力波天文台)和Virgo(室女引力波探测器)科学组织联合,先后公开宣布了两次探测到的引力波事件,街头巷尾都在议论着引力波,这被认为是科学史上100年来的最大突破。
  此后一段时间里,关于探测到更多引力波事件的谣言不断出现,但并未得到官方的确认。5月31日,在距离上次发布会近一年之后,LIGO和Virgo科学合作组织举行了一次内部媒体发布会,正式确认了第三次引力波事件。
双黑洞合并模拟
  在大众传媒中间,引力波似乎已成为一个过气话题,而对于科学家们来说,对于引力波的探索和研究才刚刚开始。
  LIGO发言人大卫·舒梅克(David Shoemaker)在发布会上说,他期待着,十年之后,引力波领域的新发现将超出我们的想象。
  黑洞来客团队以自由撰稿人的身份申请旁听了这次内部发布会,这一次,人类又发现了哪些宇宙的小秘密呢?
  一次略显神秘的“秘密发布会”
  虽然发布会的召开时间是北京时间5月31日深夜,但今天并没有什么关于引力波的新闻见诸报端。
  原因有二:
  一来,之前两次发布会都采用了视频直播的方式,声势浩大。
  这次则选择了更为方便的电话会议,参会人员不必专程聚集到某一个地点;这也表明了引力波探测事件的日常化,随着探测灵敏度的提高,将有越来越多的引力波事件被发现,隆重的视频发布会已不再必要,除非发现全新的天文现象。
  二来,依据主办方规定,关于此次新闻发布会的报道须在24小时后才能发布,也就是北京时间6月1日23时之后。
  不仅如此,为了保证内容不被提前透露,这次发布会采用了邀请加入的方式(RSVP),须事先得到组织方的加入指南,才能进入电话会议中。黑洞来客团队以自由撰稿人的身份申请旁听,很快获得回复和批准。在进行连接和登记之后,我们进入了这场“秘密会议”的“大厅”。
  麻省理工学院教授大卫·舒梅克是新当选的LIGO发言人,他首先宣布advanced LIGO(简称aLIGO,原来激光干涉引力波天文台的升级版)发现了来自两个黑洞合并的新引力波源GW170104,以及本次新发现引力波事件的基本特征。
  与之前的LIGO相比,改进后的aLIGO灵敏度更高,探测范围更远。
  它于2015年9月开始正式运行,在2016年年初结束了第一期的运行。在此期间,它探测并确认了我们此前熟知的两个引力波事件——GW150914和GW151226。
  经过短暂的修整和调试,aLIGO从去年11月30日开始第二次运行,预计今年8月份结束。在第二次运行过程中,aLIGO发现了此次公布的GW170104事件。此时距离上一个引力波确认事件,已过去了一年时间。
  相隔时间看似漫长,但从LIGO官方主页我们可以看出,aLIGO在此次运行过程中已探测到了6例引力波新事件,平均每月一次!只不过其它更多数据还在分析和验证中。
  30亿年前一场用时0.1秒的大事件
  黑洞看似神秘,实为宇宙间最为简单的一类天体。
  为什么这么说?因为通常我们只需三个量(质量,自转和电荷)就可以描述一个理论上的黑洞,物理学家把这称为“三毛定理”(或“无毛定理”)。
  对于宇宙当中真实存在的黑洞而言,描述就更为简单,只需要质量和自转两个量。(因为黑洞周围通常存在着自由电荷,即使黑洞本来带电荷,也很容易达到中性。)
  科学家们通过引力波测量黑洞的质量和自转,有着非常大的优势。一旦测量到了引力波,通过波形比对,我们就可以知道黑洞合并前后的这些物理量的大小了。
观测到的引力波频率演化图和形变演化图
  通过比对此次观测的波形和不同参数模型,LIGO的科学家们得出结论:此次发现的引力波事件和之前的两例类似,也是来自于两个黑洞的合并。
  在合并之前,两个黑洞的质量分别为31.2和19.4个太阳质量,合并后产生了一个48.7太阳质量的黑洞。黑洞合并的一瞬间,以引力波的形式释放出了近2个太阳质量的能量,那一刻所产生的能量要比整个宇宙中所有恒星释放出来的能量之和多几十倍。
  这次气势恢弘的黑洞合并被LIGO在两个不同地方的探测器(分别位于Hanford和Livingston)同时观测到了,Hanford早探测到了3毫秒。整个信号过程只持续了短短的0.1秒。
  这场合并发生在距离我们30亿光年的地方。自事件发生起,经过了宇宙间30亿年的传播,才最终抵达我们的地球。LIGO之前探测到的两个事件,分别位于13亿和14亿光年之外。
  这也说明了aLIGO运行状态良好,甚至可以说是超常发挥了。因为按照之前的估计,aLIGO应该最远可探测到23亿光年之外由两个30太阳质量黑洞合并的信号,而这次的30亿光年远远超出了科学家们的预估。
  认识黑洞的一块重要拼图
  相较于此前两次热闹的引力波事件,这次发现有什么重大意义吗?对科学家们来说,意义不小。
  如果你还记得的话,之前的两次黑洞合并,最后形成的黑洞的质量分别62(第一次)和21(第二次)个太阳质量。在LIGO探测到黑洞之前,单纯从理论的角度计算,宇宙中很难产生高于20个太阳质量的黑洞。
  即便是从观测角度看,我们在电磁波段看到的最大质量黑洞也只有15个太阳质量,所以人们通常认为,更高质量黑洞在宇宙中是不存在的。
  然而,LIGO给了我们一个惊喜!
  更大质量的黑洞的的确确存在于我们的宇宙之中。在这次探测中,人类又发现了49个太阳质量的黑洞,进一步确认了更高质量黑洞的存在,扩大了我们对于黑洞的认知。

 


  引力波探测到的黑洞(蓝色和绿色)和电磁辐射探测到的黑洞(紫色)对比图,引力波探测到的黑洞质量都是比较大的。图中绿色的是新探测的黑洞系统GW170104。引力波探测到的黑洞(蓝色和绿色)和电磁辐射探测到的黑洞(紫色)对比图,引力波探测到的黑洞质量都是比较大的。新探测的黑洞系统GW170104用绿色标出。
  此外,借助此次引力波事件,科学家们也对黑洞的自转做出了限制。
  在天文学中,我们通常使用一个介于0-1之间的数值,来表示黑洞转动的快慢。数值0意味着没有任何转动,1对应着黑洞视界面上的转动速度为光速。
  限于数据质量的精度(误差较大),科学家们目前仅对合并后的黑洞转动快慢做出了限制,数值约为0.64,即黑洞视界面的转动速度约为光速的一半。
  尽管对于合并之前黑洞的转动未做出很好的限制,但通过模型比对,我们至少可以知道,两个黑洞都存在着所谓“进动现象”(precession),也就是说,黑洞自身转动方向和两个黑洞绕转的轨道平面并不完全一致,存在着一定夹角。
  我们最为熟悉的“进动现象”,莫过于小时候玩过的陀螺——陀螺飞旋,除了自身的转动之外,还会围绕一个大圈进行绕转,这种自传物的自转轴又绕着另一轴旋转的现象,便是进动了。
  而且,这一大事件还帮助科学家对双黑洞系统的形成机制做出了限制。
  目前有两种不同的理论,用以解释双黑洞的形成:其一是原生双星系统,即两个大质量恒星诞生之初就在一起,之后一同演化到老,最终形成双黑洞系统;根据观测估计的话,银河系中有一半恒星处于双星系统当中,所以这种形成机制还是很有可能的。
  另外一种形成机制是双黑洞形成于星团当中,最初的系统本来是一个黑洞和一个正常恒星,当该系统碰到另一黑洞时就会形成三体系统,恒星质量通常比黑洞小很多,所以恒星会被大质量的黑洞替换掉踢出系统,从而由原来的单黑洞系统变为双黑洞系统。因为星团中心通常比较致密,这种可能性也很大,无论是从理论还是数值模拟,都已证明了这一现象的发生。
  那么,到底哪一种双黑洞系统的产生机制更靠谱呢?
  按理论预计,原生双星系统诞生于同一片星云,两个黑洞的有效旋转方向和轨道运动方向通常是一致的。对于第二种交换方式而言,两个黑洞的旋转方向无需一致,可以指向任何方向,从而导致两黑洞整体的有效旋转方向和轨道运动方向不一定一致。
  此次引力波观测拟合结果由此投出了重要一票:两黑洞的有效旋转方向和系统轨道运动方向不一致,倾向于第二种形成机制,是通过交换方式产生了双黑洞系统。
  一条引力波研究的漫漫长路
  惊喜不少,遗憾也还是有的。
  因为实在太过遥远,我们看不到黑洞合并所在的星团,甚至连引力波所在的星系都没看到。主要原因在于目前引力波的定位还是很差,毕竟几百平方度的范围之内包含着多达几十万个星系。
  今年秋天,欧洲的Virgo探测器将一起加入观测,我们到时就有了三个探测器,观测的空间精度将会大大提高。
  当然,最理想的情况是引力波源能有对应的电磁波辐射,我们就能够同时进行多信使(比如,X射线或者光学)的观测,从而精确确定其发生的空间位置。
  LIGO每次探测到引力波事件,都会及时将相关信息发送给合作伙伴,到目前为止,还没有观测到任何电磁对应体。黑洞系统在合并之前已不存在什么气体,所以不会产生任何电磁辐射,三次探测结果也向我们证明了这一点。
  但我们还有机会。
  并非所有人类能够探测到的引力波都来自没有任何其它辐射的黑洞合并。双中子星合并、中子星与黑洞合并,以及超新星爆发等等,都会在产生引力波的同时产生电磁辐射。只不过受限于灵敏度,我们还没观测到而已。
  可以确定的是,接下来随着探测能力的提高和更多引力波望远镜的建立,我们肯定会看到来自其它天体的引力波以及他们的对应体。
  眼下,美国和欧洲的引力波天文台正主导着引力波的观测工作,随着LIGO探测的推进,中国的引力波研究也随之进入了一股前所未有的热潮。
  在理论研究的同时,中国也在积极推动直接探测引力波的望远镜项目。
  目前,太极计划和天琴计划这两个空间项目正各自推进,将于地面探测原初引力波的阿里计划已通过立项,并开始建设。
  除此之外,中国还准备利用刚刚建好的500米射电望远镜(FAST)和正在建设的平方公里阵(SKA),以脉冲星计时阵的方式探测引力波。
  引力波探测之路漫漫其修远兮。在昨晚的发布会上,有听众向科学家提出了这样的问题:你期待10年之后LIGO或引力波天文学能做出什么新发现呢?大卫·舒梅克回答道:“我期望着能有完全意想不到的、完全超出我们的想象事件的发生。”
  宇宙就是这么奇妙,引力波已经向我们证明了这一点,还将继续证明给我们看。


标签:黑洞引力波宇宙质量事件
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直流输电、交流输电、无线输电、量子传输,作为高级能量,真是无所不能呀!摩诃般若波罗蜜!天人感应,应该也类似,几亿光年也顺通!
般若——不热——冷静,热是低级能量,熵增耗散最终会趋向死寂(所以生产力极大提高的共产主义社会实际是类似熵增大到了极致的热寂,所以我热切希望我们伟大的轩辕反熵运行体系能阻止这种愚昧发展模式)。
其实我们量子化学也在进步,愿将来发明新材料更容易!

一米距离无线充电已实现 原来秘密就在量子力学里
2017年06月16日 11:15新浪科技微博


利用量子力学概念,无线充电器能覆盖更远的范围

  新浪科技讯 北京时间6月16日上午消息,智能手机和其他电子设备的无线充电很方便,但仍有问题存在:在充电时,你的设备必须固定放在某个地方。一种新的自我调谐设计意味着,你在移动时仍然可以给设备充电。
  目前的无线充电器通过磁感应来进行充电:将充电器和设备进行调谐,使其产生共振。如果电源和设备之间的距离固定,那么这种设计是有效的。不过如果设备在移动中,那么这种方式就会面临挑战。
  斯坦福大学的Fan Shanhui及其团队开发了一种无线充电器,即使设备移动至距离电源1米远的地方,仍然可以继续充电。在不减少能量传输的情况下,充电器的方向可以持续变化。在演示中,该团实现了在不降低亮度的情况下,为持续移动的LED灯泡供电。
  如果想利用当前的系统实现同样的目标,那么电路就需要不断地调整。Fan Shanhui表示:“这增加了复杂性。我们的系统首次在不需要主动调谐的情况下实现了这个目标。”
  该团队用到了量子力学的概念“宇称-时间对称”。在这个系统中,这涉及到充电器和LED灯泡之间的耦合电路,当灯泡移动到更远的位置时,充电器中的放大器将会提高能量,以抵消远距离造成的能量损失。Fan Shanhui表示:“看到一个基本的物理概念在完全不同的领域得到应用,这很有趣。”
  北卡罗来纳州立大学的丹尼尔·斯坦希尔(Daniel Stancil)认为,这个概念很有意思。他表示:“你可以在使用手机时直接充电,而不必将手机放在充电板上。”尽管实现这种自我调谐的电路还有其他方法,但他认为新方法更简单,实现起来成本也更低。
  Fan Shanhui及其同事正计划优化充电器的覆盖范围。他们将修改设计,提高充电距离。对于为移动中的车辆充电,这非常有用。
  无线系统未来某天将被用于在更远的距离上传送电力。例如,一支团队正在考虑利用激光和气球技术将电力输送至灾区。最终,他们希望在太空中收集太阳能,并将其传送回地球。由于没有地球大气的阻隔,太空中可以收集的太阳能比地球上多得多。(李丽)

“墨子”号证明:“幽灵作用”相距千公里仍存在
2017年06月17日 04:53新华社121微博微信空间
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2016年11月9日,在河北兴隆观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。新华社记者 金立旺 摄
  
  新华社合肥6月16日电(记者喻菲、徐海涛)中国科学家利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上率先实现千公里级的量子纠缠分发,证明这种令爱因斯坦都感到困惑的“遥远地点间的诡异互动”在这样大的尺度上依然存在。
  世界首颗量子卫星“墨子号”首席科学家、中国科学院院士潘建伟说,这是首次实现空间尺度严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验,为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究,以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。
  6月16日国际权威学术期刊《科学》杂志以封面论文的形式刊登了中国科学家在空间量子物理研究方面取得的重大突破。
  “幽灵作用”:世纪争论
  量子纠缠是量子物理中一个最深远和最令人费解的现象,被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”,它是两个(或多个)粒子共同组成的量子状态,无论粒子之间相隔多远,测量其中一个粒子必然会影响其它粒子。
  尽管是量子力学的创始人之一,但爱因斯坦不相信存在“遥远地点间的诡异互动”,他认为量子力学对客观世界的描述是不完备的,量子力学一定还有某些因素尚待发现。然而量子力学的另一位创始人——玻尔认为量子力学没有问题,这种奇异现象是存在的。20世纪二三十年代,量子力学就在他们的争论中发展起来。
  到底哪一方理论正确,需要实验来检验。
  20世纪60年代,爱尔兰物理学家贝尔原本支持爱因斯坦的观点,他设计出一个数学公式,也就是贝尔不等式,提供了用实验在玻尔与爱因斯坦不同观点之间做出判决的机会。目前科学家所进行的所有实验都支持玻尔一方的观点。
  然而,目前的实验还存在漏洞。此外,量子纠缠在更远的距离上是否仍然存在?会不会受到引力等其它因素的影响?潘建伟说,这些基本物理问题的验证都需要实现上千公里甚至更远距离的纠缠分发;另一方面,要实现广域的量子网络也自然要求远距离的纠缠分发。
  潘建伟说,由于量子纠缠非常脆弱,会随着光子在光纤内或者地表大气中的传输距离而衰减,以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离。
  他说,理论上有两种途径可以扩展量子纠缠分发的距离。一种是利用量子中继,尽管量子中继的研究在近些年已取得了系列重要突破,但是目前仍然受到量子存储寿命和读出效率等因素的严重制约而无法实际应用于远程量子纠缠分发。另一种是利用卫星,因为星地间的自由空间信道损耗小,在远程量子通信中比光纤更具可行性,结合卫星的帮助,可以在全球尺度上实现超远距离的量子纠缠分发。


2016年12月10日,在西藏阿里观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。新华社记者 金立旺 摄
  
  “墨子号”:世界首次空间尺度实验
  潘建伟团队早在2003年就提出了利用卫星实现远距离量子纠缠分发的方案,随后于2005年在国际上首次实现了水平距离13公里的自由空间双向量子纠缠分发。2010年,该团队又在国际上首次实现了基于量子纠缠分发的16公里量子态隐形传输。
  2011年底,中科院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”正式立项。2012年,潘建伟领导的团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态,充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。
  中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队,联合中科院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等经过艰苦攻关,克服种种困难,最终研制成功了“墨子号”量子科学实验卫星。卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空。星地量子纠缠分发是卫星的三大科学实验任务之一。
  据介绍,“墨子号”卫星过境时,同时与青海德令哈站和云南丽江站两个地面站建立光链路,量子纠缠光子对从卫星到两个地面站的总距离平均达2000公里。卫星上的纠缠源载荷每秒产生800万个纠缠光子对,建立光链路可以以每秒1对的速度在地面超过1200公里的两个站之间建立量子纠缠,该量子纠缠的传输衰减仅仅是同样长度最低损耗地面光纤的一万亿分之一。
  量子卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇说,这项天地实验非常困难,量子卫星上的光轴与地面望远镜光轴要严格对准,用一个形象的比喻就是针尖对麦芒。卫星的对准精度高于普通卫星的10倍,实验才能顺利展开。真正的问题在于,这颗卫星将在人们的头顶以约8公里/秒的速度飞驰,地面观测站每次只能持续跟踪几分钟。
  王建宇说:“卫星的对准精度就好比我们在一万米高空的飞机上,向地面扔一个一个硬币,要准确投入储蓄罐狭长的投币口内,而储蓄罐还在慢慢旋转中;或者说从上海发射一束光,要瞄准北京任何一扇窗户,指哪打哪。而卫星的探测灵敏度也是国际上最高的,相当于在月球划一根火柴,在地球上都能看到。”
  潘建伟:目前为止最重要的研究成果
  据介绍,“墨子号”开展的量子纠缠分发实验在关闭局域性漏洞和测量选择漏洞的条件下,获得的实验结果以4倍标准偏差违背了贝尔不等式,即在千公里的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验,再次支持了玻尔的观点。
  《科学》杂志审稿人称赞该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”,“绝对毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。
  “到目前为止,这是我一生中最重要的实验研究成果。”已从事量子物理研究20多年,并获得过国家自然科学一等奖的潘建伟说:“我们首次能在太空尺度对微观物理学定律检验,而且为将来开展量子引力检验,探索物理学中的很多基本规律奠定了必要的技术基础,打开了一扇大门。这些技术将来还能应用于建设量子网络。”
  接下来,中国科学家还计划利用量子卫星,在中国和奥地利的地面站之间实现量子秘钥分发,在北京与维也纳之间实现量子加密通话,此外,加拿大等国家也提出与中国合作开展相关实验。
  王建宇说:“目前‘墨子号’还只能晚上工作,我们希望未来发展技术,可以实现24小时都工作。现在卫星每天真正过境工作时间只有200至300秒,我们希望未来能发射中高轨卫星,使量子卫星走向实用。”
  潘建伟还有更为长远的目标,希望在地月之间建立30万公里的量子纠缠,并研究引力与时空的结构。
  “下一步,我们希望能在地月拉格朗日点上放一个光源,向人造飞船和月球分发量子纠缠。我们希望能够通过对30万公里或者更远距离的纠缠分发,来观测其性质的变化,对相关的理论作出解释。”
  据介绍,除了量子纠缠分发实验外,“墨子号”量子科学实验卫星的其它重要科学实验任务,包括高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等,也在顺利进行中,预计今年会有更多的科学成果陆续发布。(据新华社客户端)
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本帖最后由 癯鹤 于 2017-7-7 22:56 编辑

下面这则科技文章非常有意思,我是数天前在新浪网看到了题目,点击开后网页长时间宕机,也就放下了。后来因为网络太慢,一天也没看成,心有不甘,后来在网络稍缓解时另存了网页,以留余念。(可恶,现在敲键盘几乎平均一两秒钟才出一个字母)前天又专门看了一下此文,颇觉不错,很涨姿势!
摩诃金刚般若波罗蜜,南无爱因斯坦,无量量子比特!

一阴一阳之谓道,继之者善也,成之者性也。仁者见之谓之仁,知者见之谓之知,百姓日用不知,故君子之道鲜矣!
道可道,非常道。名可名,非常名。無名天地之始;有名萬物之母。故常無欲,以觀其妙;常有欲,以觀其徼。此兩者,同出而異名,同謂之玄。玄之又玄,衆妙之門。

有物混成,先天地生。寂兮寥兮,獨立不改,周行而不殆,可以為天下母。吾不知其名,字之曰道,強為之名曰大。大曰逝,逝曰遠,遠曰反。故道大,天大,地大,王亦大。域中有四大,而王居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然。
薛定谔的猫就是处在道的两极,物极必反的莫比乌斯环呐!
朝闻道,薛定谔的猫夕死可矣?析木开箱乃知!颇觉邓析子之法论,邓先圣之猫论,皆大道也!



薛定谔的猫可以长多大——宏观物体能处于叠加态吗

2017年06月30日 09:38新浪综合



  来源:环球科学公众号
  谈到量子力学时,人们总习惯把它称作“描述微观世界“的理论,但实际上,所谓的微观量子世界和宏观经典世界并不存在一条明确的边界。物理学家正通过各种手段,制造处于量子状态的宏观物体,探索由量子到经典的转换过程。
  撰文 | Philip Ball
  翻译 | 赵昌昊
  审校 | 韩晶晶
  现在,让我们重新思索量子理论。这套理论本身没什么问题,它能很好地描述原子和亚原子粒子的行为。但问题在于,我们要怎样“谈论”量子理论?
  我们总是强调量子理论有很多奇怪的性质,例如物质既是粒子又是波、物体可以同时处在两个不同的位置(或两种不同的状态)、幽灵般的超距作用等等。对于这样一个科学家频繁使用的常规理论,我们何苦用各种佶屈聱牙的语言刻意制造神秘感呢?
  背后的部分原因在于,我们平时所接触到的物体都各自分立,有明确的位置和清晰的边界,这与量子物体性质迥异。但为什么是这样呢?为什么我们平时接触到的世界只能是“这样或那样”,而不能是“既这样也那样”?为什么随着尺度增大,量子物理会演变成经典物理,一切都由牛顿运动定律支配呢?
  这个量子-经典转变问题已经困扰科学家数十年。我们仍然未能完全理解它,不过,在过去的大约20年中,飞速发展的实验技术成功地将量子物理所适用的尺度不断扩大。科学家普遍认为,由于技术上的困难,我们无法使篮球、人体这样的宏观物体同时处于不同的位置。但是,随着我们对量子-经典转变的理解日渐深入,我们也认识到这在原理上是可行的。宇宙并没有在“正常”的经典世界和隐藏在其下的“诡异”量子世界之间划下一条明确的界线。换句话说,量子物理或许本来就不诡异。
  打个比方,假设你正在用烘干机烘干袜子。这台烘干机不知出了什么毛病,总是吐出不配对的袜子,每次吐出的都是颜色互补的两只。如果一只是红的,那么另一只就是绿的;如果一只是白的,另一只就是黑的。在我们观察它吐出的袜子之前,我们只知道它吐出的袜子颜色一定互补,但并不知道它吐出的是哪种互补颜色对。也就是说,不论吐出的颜色如何,两只袜子的颜色总是相关的。
  现在我们可以来设想一台量子烘干机。玻尔、海森堡等人在20世纪20年代中期提出了量子力学的“哥本哈根诠释”,根据这一学说,量子烘干机吐出的一对量子袜子处于相关状态,一只的颜色与另一只的颜色相关联,但在我们尚未观察它们的时候,它们并没有客观确定的颜色。我们对其中一只量子袜子的观察,实际上决定了另一只量子袜子的颜色。如果我们用某种方式看到第一只量子袜子是红色的,那么另一只就是绿色的。我们也有可能换一种观察方式,看到第一只量子袜子是白色的,那么另一只就是黑色。
  粗略地讲,这里的颜色并非某一只量子袜子的固有属性,而是由两只袜子共同携带的某种关联特性,是非定域的。我们说,这两只袜子的颜色是相互纠缠的。
生与死的物理:如果猫的生死取决于一个量子事件是否发生,那么这只猫是否可以处于生与死的叠加态?(图片来源:Jie Qi / Flickr)
  薛定谔曾说,“纠缠”是理解量子现象的关键。并利用它构建了著名的“薛定谔的猫”悖论。假想一只猫被关在箱子里,箱中有一瓶致死的毒药,而毒药是否释放,取决于一个量子事件是否发生。因为是量子事件,所以可以处于“发生”与“不发生”的叠加态,那么毒药也就处于“释放”与“不释放”的叠加态。
  对于量子尺度的物体,比如一个原子,叠加态很正常。然而,薛定谔把量子事件与猫这样一个宏观物体纠缠起来,从而得到猫“既死又活”这样违背直觉的结果。
  对于这个悖论,传统的解释是,观测叠加态将导致系统在两个状态中做出“选择”。薛定谔的猫起先处于生与死的叠加态,而一旦我们对其进行观测,则它会塌缩到其中一种状态。当我们看到猫的时候,它要么死,要么活,而不会处于叠加态。
  但是,在我们观测猫的生死之前,它处于怎样的状态呢?根据哥本哈根诠释,这个问题本身就是没有意义的。只有我们能够观测的事物才能够成为事实,因而试图推测观测之前的事实,这本身就是荒谬的。
  然而,并非所有人都赞同这种解释,其中最大牌的反对者就是爱因斯坦。这一派物理学家坚守经典的实在主义世界观——世间万物都有其独特的客观属性,与我们的观测无关。爱因斯坦与鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolsky)、内森·罗森(Nathan Rosen)一起提出了一个类似于量子烘干机的思想实验,试图论证量子理论将会导致“超距作用”的悖论,即当我们对相距很远的两个物体中的一个进行测量的时候,另一个也会瞬间受到影响,仿佛两者之间相互作用的传递速度无限大。然而20世纪80年代,科学家利用激光进行实验,证明量子纠缠的效果的确如此,这并非是因为光子之间有“超光速”的相互作用,而是因为其量子特性本就由多个光子共同享有。这正是量子非定域性的体现。
  此后,物理学家不断尝试在实验上制造出更大的量子物体。这些物体比单个原子大得多,不过和一只活生生的猫相比还很小,常被称为“薛定谔的小猫”,而它们正在迅速地长大。
薛定谔的小猫:红色虚线框内的梁结构可以同时处于两种不同的振动模式,这便是一个处于量子叠的宏观物体。(图片作者:Oskar Painter)
  要让薛定谔的小猫长成大猫,关键在于维持其量子相干性。简单地说,就是要让量子态波函数的波峰、波谷的变化保持同步。在量子态随时间演化的过程中,它会与周围的环境产生纠缠,量子态的相干性会在这个过程中泄露到环境中,就像热量耗散一样,损失掉了。
  如果从量子信息的角度理解相干性逐渐损失的过程,那就是信息由“非定域”退化到“定域”的过程。量子相干的系统中存在非定域关联,信息是由整个量子系统中的所有粒子共同携带;如果你想要了解量子相干系统中部分粒子的性质,仅仅对这一部分粒子做测量还不够,这样总有一些信息被遗漏掉。这种信息的非定域性已经无法用先前“量子袜子”的类比来理解了,因为一旦我们观测了一只袜子的颜色,那么我们已经获得了全部的信息,不存在遗漏。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的沃杰西奇·祖克(Wojciech Zurek)构建了一套理论,用量子失谐(quantum discord)来表示测量之后信息遗漏的程度。对于经典系统,测量之后没有遗漏信息,因此经典系统的量子失谐量为零。如果量子失谐量大于零,那么系统中就包含有一定程度的量子性。
  退相干过程也就是量子失谐量不断损失的过程,系统的量子特征逐渐转化为经典特征:所有的事件都有明确定义的时刻与空间位置,没有叠加态,没有纠缠,也没有非定域性。
  那么,是不是系统的规模越大,就越容易退相干呢?电子等微观粒子可以表现为相干的量子波,这一点早在20世纪20年代的电子干涉实验中就已经得到证实。不久之后,实验中又用完整的原子展示出了波动性。然而直到90年代,科学家才能够让较大的分子表现为物质波,呈现出量子相干性。
  1999年,维也纳大学的安东·蔡林格(Anton Zeilinger)与马库斯·阿恩特(Markus Arndt)让富勒烯(C60,由60个碳原子构成的分子)顺序通过缝隙间距100纳米的氮化硅陶瓷光栅,并在远处检测到了富勒烯的干涉条纹。而截至目前,阿恩特与合作者已经用人工制造的包含430个原子、直径达到6纳米的有机分子展示出了量子波动性。它与较小的蛋白质分子大小相当,已经可以直接在电子显微镜下观察。不过这种人造有机分子的量子性非常脆弱。一旦从真空进入气体环境中,它就会与大量分子产生相互作用,发生退相干。
  实验中,有机分子同时通过了光栅中的多条狭缝,也就是处于不同空间位置状态的叠加态。虽然它还很小,也并非活物,但可以视为一种分子级别的“薛定谔小猫”。那么我们是否有可能继续扩大规模,让生命体处于叠加态呢?比如,“薛定谔的病毒”?
  伊格纳西奥·西雷克(Ignacio Cirac)与奥里奥尔·罗梅罗-伊萨特(Oriol Romero-Isart)是德国加兴的普朗克量子光学研究所(the Max Planck Institute for Quantum Optics)的物理学家,他们提出了制造量子生命体的具体设想,如直径约100纳米的病毒;甚至还有更大,实现起来也更为困难的缓步类动物(tardigrades),如水熊虫,体长可达1毫米。他们计划使生命体悬浮在用高强度激光光阱中,利用光场的振荡,诱导生命体处于不同振动模式(就好像是在碗底滚上滚下的小球)的叠加态。缓步类动物可以在宇宙空间中存活,因此或许也能够承受制备量子叠加态所需的极端环境。不过,目前这些还都只是设想。
  目前,人类已经能够让裸眼可见的物体处于纠缠态。2011年,牛津大学的物理学家伊恩·沃尔斯利(Ian Walmsley)带领研究团队,用激光脉冲在两块相距15厘米、直径为3毫米的金刚石晶体激发出了纠缠的量子振动。振动对应的量子称为“声子”,单个声子涉及约10^16个原子的振动,对应于约0.05毫米×0.25毫米大小的晶体区域,而他们用这种方法制造出了纠缠声子。研究者首先让一个激光光子通过分束器。假设在正常情况下,分束器可以将一束含有大量光子的较强的光分成强度各半的A、B两束;那么,当单个光子通过分束器时,这个光子就有50%的概率沿A路径传播,有50%的概率沿B路径传播;然而,如果我们不去探测光子究竟沿哪条路径传播,则光子就处在“沿A路径传播”与“沿B路径传播”的叠加态。研究者在A、B路径上各放置一块金刚石,叠加态光子便会在金刚石中激发出纠缠态的声子,声子进而发射出次级光子。研究人员能探测到这个次级光子,但不知道光子是从哪个金刚石发出的,因而可以认为金刚石中的声子发生了纠缠,或者说这个声子是非定域的——它同时存在于两块金刚石中。
  我们也可以借助纳米机械振子(nanomechanical resonators)这种相对“庞大”的系统来观测量子效应。分子尺度上的振动是量子化的,只能有一些特定的频率,或者是这些可能存在的振动模式的叠加态。而纳米机械振子尺寸和质量都足够小,理论上可以表现出量子化的振动状态。我们可以通过振子与光的相互作用测量振子的振动状态,这一研究领域称为光力学(optomechanics)。研究光力学所用的最基本的装置由两个相对放置的镜面组成,光子可以在两个镜面之间不断反射,而其中一个镜面与机械振子连接,其位置可以往复振动,导致光子所处的电磁场环境发生周期性变化。
  现今,已经有多个研究组用这种纳米尺度的光力系统展示出了量子特性。美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology)的约翰·特费尔(John Teufel)与同事用厚度100纳米、直径15微米的铝膜做振子,将它与微波谐振腔耦合,构成光力系统。加州理工学院的奥斯卡·佩因特(Oskar Painter)等人则用硅做出了长度15微米,横截面长600纳米、宽100纳米的两端固定的梁结构振子。该振子要在显微镜下才能看到,但相比于分子来说已经算是宏观物体了。为了保证振子只在能量最低的模式下振动,避免振子被热噪声激发,两个研究团队都用制冷机将振子冷却到接近绝对零度,然后再用激光或微波进一步降温。
  为了在振子上制造出叠加态或纠缠态,我们必须可以控制它们的量子行为。有一种方法是将振子与某种可以精确操控的量子物体耦合起来,例如用于制造量子计算机的“量子比特”。加州大学圣芭芭拉分校的安德鲁·克莱兰(Andrew Cleland)和同事用量子比特操控了一片氮化铝薄膜。其他一些研究者也在尝试制造叠加态的振子,观察它们如何在与环境发生纠缠时发生退相干。这些振子就像是一只只薛定谔的小猫,在真空中活蹦乱跳。
  如果我们能够成功地抑制退相干,那么我们是不是就可以制造出真正的薛定谔的猫了?这也许还不够,因为要想知道你的确制造出了薛定谔的猫,总得“观察”一下。一方面,猫与测量装置耦合在一起,会导致猫发生退相干;另一方面,普朗克量子光学研究所的若阿内斯·科弗勒(Johannes Kofler)与维也纳大学的恰斯拉夫·布鲁克纳(Caslav Brukner)在2007年提出,即使没有任何退相干因素,我们对于大型量子系统进行实验研究,这本身可能就会导致其表现出经典特性。测量,或许就是一个将量子不确定性转化为经典确定性的过程。
  科弗勒与布鲁克纳对此的解释是,原因在于测量不可能做到无限精确。通常,量子力学教材会解释说,我们在宏观系统中无法观察到量子力学的不连续性,是因为我们的实验测量精度不足以将两个分立的能级区分开来。随着系统规模逐渐增大,其能级也越来越密集,这样原本界限清晰的分立能级就变成模糊一片,仿佛是连续变化的。然而,由于测量精度有限而导致的从量子连续性到经典连续性的转变,似乎并不能解释为何宏观物体不能处于叠加态。例如,一个网球虽然速度可以连续变化,但为什么不能处于两个不同的速度状态的叠加态呢?
  对此,科弗勒与布鲁克纳的研究表明,当测量精度不足以区分大系统的邻近量子态时,描述系统随时间演化的量子力学方程将退化为经典的牛顿运动方程。布鲁克纳说:“我们严格证明,当测量精度较差时,多粒子系统将不会表现出纠缠等非定域特性。”也就是说,对于较大的物理系统,测量精度的有限性不仅导致我们无法观测到分立的量子态,而且还确实导致系统的其他量子性质退化为经典性质。
  然而上述论证仍然受到质疑,因为在理论上,我们有可能创造出一种奇异的状况(尽管现实中极难实现):对一个系统的某个量进行精度很差的测量,同时却不让系统退化为经典状态。韩国的首尔国立大学的Hyunseok Jeong与其合作者证明,即是在这种特殊状况下,测量行为仍然会以其他方式破坏系统的量子性。具体来说,除了我们所测量的物理量的精度有限以外,我们在何时、何处进行测量,也都有一定的不确定性。Jeong将测量的时刻与位置称“测量参照”,它也影响了量子系统是否会表现出经典性质。
  科弗勒说,退相干过程与有限的测量精度,都会导致量子性质过渡到经典性质。如果退相干效应很强,那么不需要进行测量,系统自然就会过渡到经典状态;而如果测量手段不够精密,那么即便量子系统很好地与环境隔离,退相干很弱,它也仍然会因测量而变为经典状态。
  依照这种观点,我们可以为薛定谔的猫的悖论提出一种全新的解释。布鲁克纳说,我们永远也无法目睹一只猫既死又活;这种状态可以存在,也可以不发生退相干,但关键是我们不能“看到”它。“就算有人能够在我们面前制造出一只薛定谔的猫,我们也无法辨识,因为我们的观察手段太粗糙了。”也就是说,我们所能够实施的观测,总会给出与经典物理规律一致的结果。哪怕是用足够微小的光力学振子,其振动范围不足0.1纳米,要想直接探测到叠加态也十分困难。Jeong坦承,要想在实验中检验这个结论,实在是困难,但他仍然乐观地期待,能够在不久的将来看到实验结果支持他的想法。
  此外,人们还找到了其他一些方式来解释非退相干因素导致的量子-经典转换。著名数学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)和匈牙利物理学家拉乔斯·迪西(Lajos Diósi)分别在20世纪80年代和90年代独立提出,万有引力或许导致了量子系统退化为经典系统。如果这一假说成立,那就意味着对于质量达到一定程度的物体来说,即使我们努力抑制其退相干,但引力效应仍然无法消除,因而它必然会表现出经典性质。当一个物体通过引力感受到另一个物体的时候,它们之间也就相当于发生了某种“测量”,这会破坏量子相干性。
  有些科学家希望能够利用光力系统检验这种退相干模式,包括维也纳大学的马库斯·阿斯彭迈耶(Markus Aspelmeyer)和加州大学圣芭芭拉分校的德克·博米斯特(Dirk Bouwmeester)。阿斯彭迈耶的团队提出了名为MAQRO的空间实验,利用人造地球卫星上的零重力环境,探测直径100纳米(这对于量子效应来说已经相当巨大)的颗粒之间的物质波干涉。根据彭罗斯和迪西的引力塌缩思想,或其他一些理论,足够大的颗粒之间应该无法发生物质波干涉。
  最近,汉堡大学的物理学家罗曼·施纳贝尔(Roman Schnabel)提出了另一种验证万有引力导致退相干的实验思路。该实验用到两个镜子,每个质量100克,连接在弹簧上可以振动,从而使得镜面之间反射的光子与镜子的振动耦合。这样,我们可以制造出纠缠光子,再将这个纠缠状态转化为镜子振动模式的纠缠。如果我们关掉光源,然后观察接下来几微秒时间内两面镜子的振动,就有可能发现两者之间的量子关联,从而测定退相干速率。如果实际测得的退相干速率与标准量子理论预测的退相干速率之间存在差别,那么这就可能是源于万有引力的退相干效应。
  当然,我们是可以在宏观尺度下观察到量子力学现象的,例如超冷原子无粘性流动的超流现象,以及特定材料中电子可以无阻碍运动的超导现象。我们甚至可以说,日常接触到的一切固体,其性质都需要用量子物理来解释。
  然而,那些真正奇特的宏观量子物理现象,如叠加、纠缠,或者说涉及量子失谐的情形,则十分罕见。不过,我们或许不用把这些效应放大到宏观尺度,就有机会直接看到它们。比如,人眼可以辨识少至3个的光子,于是伊利诺伊大学巴纳香槟分校的物理学家就想试试看人眼对于处于叠加态或纠缠态的光子会做出何种反应。一些研究者认为,视觉信号在由视网膜传送到大脑的过程中,可以保持量子相干性,因此我们或许可以感受到某种转瞬即逝的叠加态。
  尽管前方的道路困难重重,我们还是希望能够制造出宏观系统的叠加态和纠缠态。薛定谔的猫,除了可以用来验证好奇心是否会害死猫以外,更有助于人类研制量子计算机。量子计算机利用量子物理中的叠加性,可以在处理某些问题时展现出巨大的优势,而要实现量子计算,就需要制造大量处于叠加态或纠缠态的量子比特。因此,人类在探索量子信息技术的过程中,不可避免地要尝试理解退相干效应与系统尺度之间的关系,并且要想办法抑制它。
  物理学家日渐觉得,“薛定谔的猫”从原则上讲可以存在,只是目前的技术还不够成熟。目前看来,技术条件还差得很远,“技术上做不到“跟“原则上不可能”并没有什么区别。Jeong认为:“我们不可能在实际操作中完全抑制宏观系统的退相干效应;就算可以,那还有测量精度有限的障碍,更加难以逾越。”不过,希望总还是有的,只要实验装置足够精密,系统与外界的隔离做的足够好,没有理由认为量子效应不能存在于我们日常接触的物体的尺度。至少到目前为止,我们还没有发现任何介于宏观与微观之间的物体违背量子力学。
  2000年来,我们一直认为世界正如柏拉图在《理想国》中描述的那样:同一事物不可同时以相反状态存在,亦不可同时成为相反之事物。但现在这句话已经不那么绝对了。薛定谔的猫一天天长大,总有一天宇宙也将展现出它更加匪夷所思的一面。
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本帖最后由 癯鹤 于 2017-7-20 22:25 编辑

aganmu

无量天尊!我大量子化学又有了点进展!作为一个化学人,激动的心情超你所懂!在宰相定远拆棚户,据席化工迁华药的环境下,得到这么点精神支持也是兴奋呐!虽然,自由之思想也穷,独立之精神也病!




量子系统创51个量子比特新纪录
2017年07月20日 00:58科技日报




  最新发现与创新

  科技日报北京7月19日电 (记者聂翠蓉)据《新科学家》杂志网站18日报道,美国哈佛大学研究团队在近日召开的莫斯科国际量子技术大会上宣布,他们已经制造出迄今最强量子系统,其拥有51个量子比特(Qubit),能模拟一种化学反应,研究原子间相互作用。此前,谷歌公司在4月份曾强势宣布,将在今年底打造出49个量子比特的量子计算机。
  与传统计算机运用二进制(0和1)记录信息不同,量子计算机使用量子叠加态描述信息,拥有传统计算机无法比拟的超级计算能力。但现有量子计算机只能在传统计算机上进行模拟,目前最高只能模拟42个量子比特,而只有超过49个量子比特,量子计算机才能成为超越二进制的超级计算机。
  谷歌正在研制的49个量子比特量子系统,都是使用极端低温状态下的电子利用超导性储存信息。而领导这次研究的俄裔美籍科学家米哈伊尔·卢金介绍说,他们设计了一种全新方法,用激光将铷原子“圈禁”起来,让铷原子在激光束内振动,让每个铷原子创建一个量子位,从而构建出51个量子比特的新系统。
  卢金表示,他们的新量子系统是一种量子模拟器,只能用来构建一种特定的化学反应式,研究原子间相互作用及药物在人体内的作用效果。如果需要另一种化学反应式来进行科学研究,必须从零开始重建一个新的量子系统,这些量子模拟器虽然没有量子计算机复杂,但仍需花费巨资创建。这与谷歌量子系统能构建多种研究模型相比,还存在差距。


标签:计算机谷歌量子系统量子比特
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