量子态中的阴阳新技术让我们更深入地了解纠
科学家们最近巧妙地将中国古代的阴阳符号融入到两个纠缠光子的量子状态中,这不仅展示了量子物理与古老哲学之间的和谐,更重要的是,为我们展现了一种全新、高效的分析技术。 由光子泵设备传输的图像(左),从纠缠光子干扰模式的细节中重现(右)正文:来自意大利罗马的Sapienza大学和加拿大渥太华大学的研究者们采用了一种与流行的全息技术相似的方法,快速且可靠地测量粒子的位置信息。这一改进技术旨在为工程师们提供构建量子技术基础的新型计算和成像工具。 每个光子,就像所有粒子一样,在被测量之前都像是一个缓慢变化的可能性范围。它们的偏振、自旋、动量,甚至位置,都如同空中翻滚的硬币,直到某种“力量”让它定格在某一状态。如果两个光子有共同的“历史背景”——比如来自同一个源——那么测量其中一个就好比测量了另一个。这就是纠缠的奇妙之处:知道其中一个的信息,就能推断出另一个的状态。 量子计算机正是基于这种随机性的原理。大量的纠缠粒子,称为量子比特,可以通过读取其中一个状态的方式快速回答特定的数学问题。但是,为什么我们只使用一个状态,而不是多个呢?这就引出了多维的qudit概念。要构建一个粒子的更复杂图像,物理学家可以进行一系列的测量,这就像多次X光扫描被用来构建一个人体的3D图像一样。 然而,当我们试图捕获一个粒子的多个维度时,量子断层显影的主要问题是其所需的工作量。随着需要读取的状态数量的增加,测量的数量也会急剧增加,这不仅耗时,还大大增加了出错的风险。 双光子数字全息术或许是一个解决方法。与传统的全息图允许我们从2D表面获取3D信息的原理相似,我们可以通过观察两个光子间的波动干涉来快速准确地推断出更多的维度。 物理学家已经使用纠缠粒子的干涉来映射隐藏对象,这种方法被称为“幽灵成像”。只需知道一个光子在某一路径上的位置信息,就可以通过叠加它们的波浪来了解其伙伴在另一个路径上的秘密。 通过应用全息技巧,研究者们能够在两个分离的光波干涉中读取位置信息,并回收足够的信息来重建一个编入光子生成装置中的阴阳符号。尽管阴阳图案看起来简单,但这一单一的静态图像在短时间内测量了大量的量子状态,这是一个巨大的进步。 总结:如渥太华大学的物理学家AlessioDErrico所言:“这种方法比以前的技术快得多,只需几分钟或几秒,而不是几天。”更重要的是,检测时间不受系统复杂性的影响,为投影断层成像中长期存在的可扩展性挑战提供了解决方案。 知识拓展:量子物理的原理和技术不断地在科学领域中取得进展,为我们打开了一个个前所未有的大门。全息技术与量子物理的结合不仅为我们提供了新的研究工具,更为我们揭示了宏观世界与微观世界之间的深刻联系。从古老的阴阳哲学到现代的量子技术,我们看到了科学与文化的和谐共存。 |
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