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“墨子号”又完成一理论检验 登上《科学》杂志

作者:万载信息门户网   日期:2019-11-03 07:36:53    阅读:3506次

中新网9月20日电《中国青年报》客户(中国青年报、中国青年网记者邱陈晖)记者今天从中国科学院获悉,中国科技大学潘建伟教授及其同事彭承志和范景云,与加州理工学院和澳大利亚昆士兰大学的科研人员合作,利用墨子量子科学实验卫星,对预测重力场引起的量子退相干的理论模型进行了实验测试。9月19日,国际学术期刊《科学》在线发布了研究结果。

(在实验场景中,为了提高信号光强度,地面使用三个设备共同工作。在照片中,两台望远镜同时向卫星发射信标光。中国科技大学

阿里地球站望远镜与墨子进行量子通信。中国科技大学

(延时摄影下的阿里地面站望远镜用于与墨子的量子通信。中国科技大学

(阿里地球站与墨子的恒星和地球对接的实验者和场景,从左到右是韩萱、勇海林、任纪刚和徐平。中国科技大学

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结合起来的理论工作都会遇到很大的困难。在目前已知的四种基本相互作用中,电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用已经被量化和统一。只有引力的量子化问题仍未解决。解决这个问题将有助于建立四个基本相互作用的统一理论。

潘建伟团队认为,目前关于如何整合量子力学和重力理论的讨论有很多模型,但都缺乏实验测试。主要原因之一是,这些理论模型的预测需要在目前难以达到的极端实验条件下进行测试,例如极小的空间尺度或极高的能量。近年来,理论物理学家讨论了重力可能引起的量子退相干效应,并提出了一个实用可行的实验方案。

量子科学实验卫星是检验这一理论的理想平台。2016年8月16日,中国发射了世界上第一颗量子科学实验卫星——墨子。基于地球恒星之间量子态的分布,潘建伟团队进行了一系列创新实验研究。截至2017年8月,“墨子”已经完成了三个既定的科学目标:双向量子纠缠分布、量子密钥分布和隐形传态。这三项工作成果分别发表在《科学》和《自然》杂志上。

今天,“墨子”是世界上第一个在空间进行重力诱导量子纠缠消相干实验的人,测试量子纠缠光子穿越地球重力场的消相干性。最后,通过一系列精巧的实验设计和理论分析,本实验令人信服地排除了“事件形式”理论预测的纠缠退相干现象。在实验观测结果的基础上,对以前的理论模型进行了修正和改进。修正后的理论表明,在“墨子”500公里的当前轨道高度上,纠缠退相干现象相对较弱。为了进一步验证这一确定性,未来的研究需要在较高轨道的实验平台上进行。

根据潘建伟团队的陈述,这是世界上首次利用量子卫星对试图将量子力学和广义相对论结合在地球重力场中的理论进行实验测试,这将极大地推动相关的基础物理理论和实验研究。

(教育和科学部编辑)




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