科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

據(jù)最新一期《物理學(xué)評(píng)論X輯—量子》雜志報(bào)道，美國(guó)史蒂文斯理工學(xué)院、伊利諾伊大學(xué)香檳分校和哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，提出了一種利用量子網(wǎng)絡(luò)測(cè)試量子理論如何在彎曲時(shí)空中表現(xiàn)的新方法。這項(xiàng)研究首次將量子網(wǎng)絡(luò)引入基礎(chǔ)物理問題實(shí)驗(yàn)，具有重要意義。

廣義相對(duì)論認(rèn)為，引力并非傳統(tǒng)意義上的“力”，而是由質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空彎曲。這種彎曲會(huì)讓靠近星球的時(shí)鐘變慢，這一現(xiàn)象已被精密實(shí)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證。但一個(gè)重要的問題仍未解決：當(dāng)時(shí)間流動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，它會(huì)如何影響量子世界？是否在某些極端條件下，量子理論或廣義相對(duì)論需要修正？盡管完整的“量子引力理論”尚未建立，一些理論已提出，在彎曲時(shí)空中量子機(jī)制可能會(huì)發(fā)生變化。然而，受限于實(shí)驗(yàn)手段，至今未能對(duì)這一前沿問題進(jìn)行確切檢驗(yàn)。

研究團(tuán)隊(duì)曾提出，量子網(wǎng)絡(luò)已具備用于探測(cè)彎曲時(shí)空中量子行為的實(shí)驗(yàn)條件。他們展示了量子力學(xué)與引力的兩個(gè)核心特性如何在同一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)揮作用。量子力學(xué)允許粒子處于疊加態(tài)，量子計(jì)算正是基于這種“同時(shí)是0也是1”的狀態(tài)構(gòu)建量子比特。量子網(wǎng)絡(luò)能將這些疊加態(tài)的量子比特分布在遠(yuǎn)距離的多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

在地球附近，這些量子比特也會(huì)受到彎曲時(shí)空的影響，因?yàn)闀r(shí)間流本身會(huì)發(fā)生變化。如果將“原子鐘”制成量子疊加態(tài)，并通過量子網(wǎng)絡(luò)連接起來，這些鐘將以疊加的方式感知不同的時(shí)間流速。這為探索量子理論和彎曲時(shí)空如何交織打開了大門。

團(tuán)隊(duì)與實(shí)驗(yàn)小組合作設(shè)計(jì)了具體實(shí)驗(yàn)方案，利用糾纏態(tài)W態(tài)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間分布量子信息，并借助量子隱形傳態(tài)和貝爾態(tài)糾纏等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)彎曲時(shí)空量子理論的檢驗(yàn)。

研究結(jié)果表明，量子網(wǎng)絡(luò)不僅是未來量子互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)用工具，而且還為研究經(jīng)典傳感技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)物理提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。至少，現(xiàn)在科學(xué)家可以檢測(cè)量子力學(xué)在彎曲時(shí)空中的行為。