昨天公布了2022年诺贝尔物理学奖获得者,是关于量子力学的贝尔不等式的验证实验的贡献者。到诺贝尔官方网站看看了新闻原稿,介绍了获奖的科学家、获奖原因,还附有获奖研究的科普介绍《纠缠如何成为一种强大的工具》。读了感觉很有收获:
1)了解了:量子纠缠怎么回事,和量子计算机、量子通信什么关系。
2) 更重要的是:了解了一个重大问题的科研的真实的过程。
《纠缠如何成为一种强大的工具》写的很好,浅显易懂,我们关注诺奖,要是少些功利,多些对科学的求知和热爱就好了。读完文章后,觉得这么好的文章,应该用我擅长的逻辑建模整理一下,2个目的:
1)让自己理解更正确、透彻。
2)方便大家了解这篇文章传递的知识。
想到这,立刻动手,采用UML类图,适用领域建模方法,建立了一个概念模型,如下:
图起到整理知识脉络的作用,还需要文字解读一下:
基础知识:
1. 量子纠缠是一种量子之间的作用现象,2个量子之间有纠缠作用,一个粒子发生的状态变化造成了另一个量子的状态变化,即使他们距离很远。
2. 有2种解释方法:
1 )量子力学,一套有关量子之间作用力的完整理论。
2) 隐藏变量,这是爱因斯坦的观点,认为有未经观察到的隐藏变量,引起了量子纠缠。
3. 贝尔不等式:如果具有隐藏变量,则贝尔不等式必然小于等于某个值。
4. 能够验证贝尔不等式的实验,就成为验证隐藏变量是否存在的科学依据。反之,则可以证明量子力学的解释是对的。
如下进入 2022年诺贝尔物理学奖的贡献视图:
5. 约翰·克劳瑟(John Clauser) 1960年代 :建立了《光子偏振实验》:使用特殊光照射钙原子,钙原子发射纠缠的光子,光子产生偏振,使用滤镜检测光子的偏振。测量的结果证明违反了贝尔不等式,开启了否定隐藏变量存在的方法。
6. 阿兰·阿斯派克特(Alain Aspect)1972年:进一步开发了这个实验,使用了一种激发原子的新方法,发射更高的速率的纠缠的光子,可以根据光子的偏振角度切换滤镜的设置,这样就可以去掉影响因素。
7. 安东·蔡林格(Anton Zeilinger ):进一步改进了实验,通过将激光照射在一种特殊的晶体上,创造出纠缠光子对, 并可以随机切换滤镜的角度,以便来测量各种角度的光子的偏振。为了消除影响因素,使用来自遥远星系的信号来控制滤镜,并确保信号不会相互影响。
如下进入 诺奖的应用价值视图:
8. 因为量子纠缠可以实现超距的一个量子纠缠对中的2个量子的状态同步,这样就可以极大拓展通信的距离。Anton Zeilinger的研究小组在1998年首次演示了这种纠缠交换。
《纠缠如何成为一种强大的工具》原文翻译请见如下附件: