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科学家利用“墨子号”量子科学实验卫星 开展引力诱导量子纠缠退相干实验检验
据中国科学院网站9月20日消息，中国科学技术大学教授潘建伟及其同事彭承志、范靖云等与美国加州理工学院、澳大利亚昆士兰大学等单位的人员合作，利用“墨子号”量子科学实验卫星对一类预言引力场导致量子退相干的理论模型进行了实验检验。9月19日，国际学术期刊《科学》杂志以“First Release”形式在线发布了该研究成果。
量子力学和广义相对论是现代物理学的两大支柱。然而，任何试图将量子力学和广义相对论进行融合的理论工作都遇到极大困难。在目前已知的四种基本相互作用中，电磁、弱相互作用和强相互作用都已量子化，而且已经统一。唯有关于引力作用的量子化问题一直悬而未决，解决这一问题将有助于建立关于四种基本相互作用的大统一理论。目前关于如何融合量子力学和引力理论的讨论，模型众多，但都缺乏实验检验。一个主要的原因是这些理论模型的预言都需要目前难以达到的极端实验条件，比如极小空间尺度或者极高能量。
近年来，理论物理学家探讨了一些在目前实际条件下可能进行实验验证的新机制，比如，澳大利亚物理学家Ralph等提出一个“事件形式”理论模型，探讨了引力可能导致的量子退相干效应，并提出一个现实可行的试验方案。该方案预言，纠缠光子对在地球引力场中的传播，其关联性会概率性地损失。假设在地球表面制备了一对纠缠光子对，其中一个光子在光源附近的地表传播；而另一个光子穿过地球引力场传播到卫星。依据现有的量子力学理论，所有纠缠光子对将保持纠缠特性；而依据“事件形式”理论，纠缠光子对之间的关联性则会概率性地受到损失。
检测引力致纠缠退相干现象的实验示意图 图自中科院网站
量子卫星正是检验这一理论的理想平台。基于地星之间的量子态分发，潘建伟团队已经开展了一系列创新性的实验研究。2016年8月16日，我国发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。至2017年8月，“墨子号”圆满完成三大既定的科学目标：千公里级地星双向量子纠缠分发、地星量子密钥分发和地星量子隐形传态，三项工作成果分别发表于《科学》杂志[Science 356, 1140 (2017)]和《自然》杂志[Nature 549, 43 (2017)；Nature 549, 70 (2017)]。
得益于“墨子号”量子科学实验卫星的前期实验工作和技术积累，该研究在国际上率先在太空开展引力诱导量子纠缠退相干实验检验，对穿越地球引力场的量子纠缠光子退相干情况展开测试。最终，通过一系列精巧的实验设计和理论分析，本次实验令人信服地排除了“事件形式”理论所预言的引力导致纠缠退相干现象；在实验观测结果的基础上，该工作对之前的理论模型进行了修正和完善。修正后的理论表明，在“墨子号”现有500公里轨道高度下，纠缠退相干现象将表现得比较微弱。为了进一步进行确定性的验证，未来需要在更高轨道的实验平台开展研究。
这是国际上首次利用量子卫星在地球引力场中对尝试融合量子力学与广义相对论的理论进行实验检验，将极大地推动相关物理学基础理论和实验研究。
该研究工作得到中科院、国家自然科学基金委、科技部、教育部、安徽省等的支持。
本文系观察者网独家稿件，未经授权，不得转载。
- 责任编辑: 于文凯
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全部评论 13条
最热 最早 最新- 感悟长时段LONG
推荐陈绍光的《谁引爆了宇宙---引力起源和引力红移》。他的理论将引力归结为弱相互作用的辐射效应，实际上已经将引力大统一了。 - 全部楼层guan_15681732701468一山高花球那么多钱，过程动画都做不出来。有理论，有公式，就是动画做不出来。只能吹牛逼。动画是什么玩意儿？量子纠缠和动画有什么关系？莫名其妙
- 全部楼层一山高唱跳篮球新的版宠？放这里，看笑话的。
- 全部楼层遄臻 经邦济世，富国强民
转头空此评论已被屏蔽哈哈哈 - 全部楼层唱跳篮球一山高花球那么多钱，过程动画都做不出来。有理论，有公式，就是动画做不出来。只能吹牛逼。新的版宠？
- alex_quick 旅游发烧友，只爱自由行
建议编辑以后在新闻最后一段配几句解释，否则99.999%的读者真看不懂 - 落幕的天真
光这标题读者都费劲，读书真的重要
- 控居空给图孤峰独影字都认识结论：这个理论模型不靠谱
- 一山高孤峰独影字都认识教主们已经大到不能倒了。科学教已经和佛教一样了。
- LS
字确实都认识。。。 - 全部楼层一山高一山高图上一个中国字都不敢写。字不认识。花球那么多钱，过程动画都做不出来。有理论，有公式，就是动画做不出来。只能吹牛逼。
- 一山高孤峰独影字都认识图上一个中国字都不敢写。字不认识。
- 孤峰独影 成功路上的那些坑
字都认识
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刚刚，这颗中国星被命名为“太极一号”！
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