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意科學(xué)家研究證實(shí)量子問題沒有簡單的加減法

發(fā)布時間:2007-12-04 作者: 來源: 瀏覽:1147


      從你那里拿走一些東西,剩下的會比原來的還多?不要驚訝,這不是橘子,而是量子。意大利科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn),從一束激光中去除一個光子,剩余的光子可能比原來的還多。這是科學(xué)家首次利用實(shí)踐證實(shí)量子物理中的一個基本規(guī)則??量子非交換效應(yīng)(quantum non-commutative effect)。該研究成果照亮了通往量子加密技術(shù)的道路,相關(guān)論文發(fā)表在9月28日的《科學(xué)》雜志上。
      從理論上來說,科學(xué)家已經(jīng)知道,按照不同的順序進(jìn)行量子操作會導(dǎo)致不同的結(jié)果。這從海森堡測不準(zhǔn)原理(Heisenberg uncertainty principle)可見一斑。該原理認(rèn)為,不可能同時確定一個粒子的精確位置和動量,因?yàn)橐獪y量這兩個量必定會影響到粒子的屬性。而該理論的數(shù)學(xué)表達(dá)式說明,測量位置和動量的先后順序會影響得到的結(jié)果。

      在最新的研究中,意大利應(yīng)用光學(xué)國家研究所(National Institute of Applied Optics)的Marco Bellini和同事利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一怪誕的問題。他們將一束激光穿過旋轉(zhuǎn)的玻璃盤,這會在一定程度上增加該定向激光的混亂狀態(tài)。盡管無法知曉激光束中光子的精確數(shù)量,但科學(xué)家可以通過量子態(tài)探測器確定光子的平均數(shù)量。隨后,利用一種已被證實(shí)的技術(shù),研究人員對激光束進(jìn)行了兩次操作??先加入一個光子再去除一個光子,以及先去除一個再加入一個。結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩次實(shí)驗(yàn)最終測得的光子平均數(shù)量并不相同。
      值得注意的是,在某些條件下甚至還會出現(xiàn)這樣的情況,即去除一個光子后,激光束的平均光子數(shù)量還會增加。Bellini說,“不要忘了這是量子層面,如果研究的是乒乓球就不會這樣了。”
      美國羅徹斯特大學(xué)的Robert Boyd評價說,“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得很漂亮,它是我所知曉的對非交換量子理論最直接的驗(yàn)證?!贝送?,Boyd對Bellini的認(rèn)識表示了認(rèn)同,實(shí)驗(yàn)中添加或減少光子的技術(shù)原則上可應(yīng)用于設(shè)計光線,從而為利用量子方法進(jìn)行信息加密帶來不可思議的幫助。 

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