科学家们实现了Schrödinger的思想实验的光学版本

时间：2021-08-15 15:52:11 来源：

死和活着：Schrödinger的猫与原子纠缠在一起。如果原子兴奋，猫还活着。如果它已经腐烂，那只猫已经死了。在实验中，光脉冲表示两个状态（峰），并且可以在两者的叠加，就像猫一样。© Christoph Hohmann，纳斯系统倡议慕尼黑（NIM）

现在，一个古老的思想实验显示在一个新的光明中。1935年，ErwinSchrödinger制定了一个思想实验，旨在捕获量子物理学的矛盾性质。Max Planck Quantum Optics的量子动态部主任Gerhard Rempe领导的一组研究人员现在已经实现了Schrödinger的思想实验的光学版。在这种情况下，激光脉冲扮演猫的作用。该项目中获得的见解开辟了增强光学状态控制的新前景，这可以在未来用于量子通信。

“根据Schrödinger的想法，可以同时进行微观粒子，例如单个原子，以一次存在于两个不同的状态。这被称为叠加。此外，当这种颗粒与宏观物体相互作用时，它们可以变为“缠绕”，并且宏观物体可以最终以叠加状态最终。Schrödinger提出了一只猫的例子，这可以是死亡和活着的，具体取决于放射性原子是否腐烂 - 与我们日常经历中明显冲突的概念，“Rempe教授解释道。

为了实现实验室中的这种哲学甘蓝实验，物理学家已经转向各种模型系统。在这种情况下实施的人遵循2005年理论家王某和段提出的方案。这里，光脉冲的两个状态的叠加用作猫。在过去几年中，实施该提案所需的实验技术 - 特别是光学谐振器 - 已经在Rempe的群体中开发。

量子力学范围的考验

涉及该项目的研究人员最初是持怀疑态度，以及是否有可能通过可用技术产生和可靠地检测此类量子机械缠绕的猫状态。主要困难在于在实验中最小化光学损失。一旦实现了这一点，就发现所有测量都确认薛定派的预测。实验允许科学家探讨量子力学的应用范围，并开发用于量子通信的新技术。

Max Planck Countitute in Garching的实验室配备了在量子光学中执行最先进的实验所需的所有工具。真空室和高精度激光器用于隔离单个原子并操纵其状态。在设置的核心处是一种光学谐振器，由两个镜子由仅0.5mm宽的狭缝分开，其中可以捕获原子。激光脉冲被送入谐振器并反射，从而与原子相互作用。结果，反射光与原子缠结。通过在原子上执行合适的测量，可以在叠加状态下制备光学脉冲，就像Schrödinger的猫一样。实验的一个特色是可以确定地生成纠缠状态。换句话说，在每次试验中都产生了猫状态。

“我们成功地产生了飞行光学猫状态，并证明了它们根据量子力学的预测行事。这些调查结果证明了我们创建猫态的方法，使我们能够探讨基本参数，“博士生斯蒂芬韦斯说。

一个国家的整个动物园，用于将来量子通信

“在我们的实验设置中，我们不仅成功地创建了一个特定的猫状态，而且是任意许多不同的叠加阶段的国家 - 整个动物园，所以说话。这种能力可以在将来用于编码量子信息，“添加巴斯蒂安黑客。

“Schrödinger的猫最初包含在一个盒子里，以避免与环境的任何互动。我们的光学猫状态没有封闭在一个盒子里。他们在太空中自由传播。然而，它们仍然与环境隔离，并在长距离内保留其性质。在未来，我们可以使用该技术来构建量子网络，其中飞行光学猫状态传输信息，“Gerrhard Rempe说。这强调了他集团最新成就的重要性。

出版物：巴斯蒂安黑客等，“纠缠雾光施林猫州”的确定性创造“自然光子，2019年1月14日; DOI：10.1038 / s41566-018-0339-5

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