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神奇的量子“分身术”
发布时间:2022/1/20  阅读次数:885  字体大小: 【】 【】【

   神奇的量子“分身术”

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        分身术原本是一种法术名称。《西游记》中的孙悟空扯一把猴毛,吹口仙气,顿时就变化出千千万万个孙悟空。分身术是孙悟空的七十二个本领之一,大家都很熟悉了。微观量子世界的亚原子粒子,也有这个本事。例如,一个电子,可以同时出现在两个不同的地方。


        在单光子双缝干涉实验中,量子就将“分身术”展现得淋漓尽致。


视频,非本文作者原创


        科学家令单光子一个一个通过双缝,在较长时间后,仍然可以形成干涉条纹。对于单光子干涉现象的解释,狄拉克曾说:“每个光子只是跟自己干涉。干涉绝不会发生在不同的光子之间。”在干涉中,一个光子似乎分成两半,分别通过两个狭缝,然后又会合,从而产生干涉条纹。


        科学家又制造出能够发射单独电子的物理仪器,每一次最多只有一个电子通过双狭缝,当探测屏累积很多次电子冲击事件之后,仍然会显示出干涉图样。


        单个电子,似乎可以同时刻通过两条狭缝,并且自己与自己干涉,就如同杂技表演,一个人同时刻穿越过两个并排的火圈,真是不可思议。


        科学家们发现,从原子到更复杂的分子,包括巴基球(由60个碳原子构成的分子,形似足球,又名足球烯)之类的微观粒子,都具有双缝干涉现象。大分子物质也具有波粒二象性,颠覆了经典物理学的认知。


        如此看来,我们必须得摒弃“微观粒子是实心小球”的顽固观念。


量子科学,
双缝干涉实验,改写了历史,颠覆了世界!#量子科学


        “量子分身术”是难以理解的自然现象。说难以理解,根本原因是我们仍然用宏观经典世界的“同时”,去衡量微观量子世界“同时”。在微观量子世界,时空是离散的存在,并不存在“同时”这个概念。


        也许,你会觉得这个发现没有什么用处。但在科学家眼里,单光子干涉却是宝贵的量子资源。


        单光子干涉,被运用到量子加密通信技术上。在量子加密通信中,科学家将密钥的信息被加载在单光子上。任何窃听者若要获取相关信息,必须要进行测量。测量就会在一定程度上改变单光子原来的状态,导致量子误码率的异常增加,致使窃听行为被发现。


        量子“分身术”,还可以让计算机实现并行计算。并行计算的强大,完全超乎你的想象。例如,要分解一个300位的大质数,用现在的计算机,需要15万年左右,用量子“分身术”并行运算,只需要一秒钟就可以算出来了。

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