一项数百个纠缠原子的演示，检验了薛定谔对EPR经典思想的解释

发布时间：2023-06-03 11:33:10 所属栏目：外闻来源：

导读：一项涉及数百个纠缠原子的演示检验了薛定谔对爱因斯坦、罗森和波多尔斯基经典思想实验的解释。

1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(EPR)提出了一个论点，他们的说法是量子力学没有对实际情况作出一个完整的描述。

一项涉及数百个纠缠原子的演示检验了薛定谔对爱因斯坦、罗森和波多尔斯基经典思想实验的解释。

1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(EPR)提出了一个论点，他们的说法是量子力学没有对实际情况作出一个完整的描述。该论点基于两个假设。首先，如果系统物理属性的值可以在不干扰系统的情况下准确地预测，那么该属性就有一个“现实元素”，这意味着它即使没有被测量也有一个值。其次，物理过程的影响是局部的，而不是瞬间的远距离作用。John Bell随后提出了一种方法来通过实验测试这些“局部现实主义”假设，并且所谓的贝尔测试已经使它们对于一些小粒子的系统无效，例如电子或光子。如今，瑞士巴塞尔大学的Paolo Colciaghi及其同事已经测试了EPR关于由数百个原子组成的云组成的更大系统的论点。他们的结果对EPR的局域现实主义对于介观大质量系统的有效性提出了质疑。

EPR考虑了一个由两个空间分离的粒子A和B组成的系统，它们具有成对的非易可观察量，例如它们的位置和动量。这一体系的制备使粒子的位置是相联系的,而动量却是反相联系的。可观察量之间的这种关系意味着实验者应该能够通过对B进行适当的测量来确定粒子A的位置或动量。重要的是，系统的设置使得粒子“像空间一样分离”，这意味着不会因为B的测量而对A产生干扰。

尽管大多数贝尔测试都是在成对的单个粒子上进行的，但Colciaghi及其同事使用了数百个铷-87原子的云。他们首先在陷阱中制备单个玻色-爱因斯坦凝聚体，并设计一种相互作用来纠缠凝聚体的原子（图1）。一旦从陷阱中释放出来，冷凝物就会膨胀，形成两团纠缠在一起的云，它们相距高达100µm。为了检验悖论，有必要测量两个非对应可观察量。Colciaghi及其同事没有像EPR所设想的那样使用位置和动量，而是使用“伪自旋”——一对量子态，就像自旋一样，构成一个二能级系统。这些“自旋”由两个超精细能级定义，每个云的自旋由一个能级中的原子数减去另一个能级的原子数决定。为了测量第一个非易自旋可观察量，每个能级中的原子都被直接计数。第二个可观察到的互补自旋是使用计数前与原子相互作用的脉冲测量的。使用原子系统的EPR测试以前也进行过，但这里有一个重要的区别：在这个实验中，测量设置的选择，即测量两个非对易自旋中的哪一个，是对每个云独立进行的。这种独立性对于真正的EPR悖论至关重要；如果缺少了这点,我们就不会有排除系统间影响的机会。

Colciaghi及其同事通过确定从云B的自旋测量推断云A的自旋时的误差来探测EPR相关性，首先是当没有脉冲时，然后是当对A和B都施加脉冲时。虽然不是零，但这些误差的乘积相对于实验中测得的海森堡不确定度乘积的下限很小。因此，悖论得到了证实，因为A的非交换自旋可以以A的任何局部量子态都无法量化的精度推断。然而，如果这些相关性是在B进行的测量的结果，以非经典的方式在某种程度上影响了在A的结果，那么这个涉及大量原子的实验是有趣的宏观实验。当然，这些都是在理论上的假设，并不一定是真的。因为在现实生活中，我们可以看到许多不同的事物，而且它们之间的相互作用是非常复杂。

研究人员表明，他们可以直接测量云A上的一个变量的值，同时从云B上的测量间接推断互补变量的值。此外，通过再次调整A的设置，他们展示了如何恢复与B测量的相关性。这表明，改变云A的设置不会改变通过测量B对A处的互补变量所做预测的正确性。这一发现是否意味着，一旦B处的设置固定，A处的测量结果就存在现实因素？对于每个变量的直接测量，当测量设置确定时，系统准备在原子与脉冲的任何相互作用之后对两个能级中的原子进行计数。无论是否进行计数，被计数的原子是否已经处于这些水平？实验的介观性质似乎加强了薛定谔的论点：一旦确定了测量设置，在通过计算原子最终确定测量之前，可观测值似乎就会固定。

（编辑：汽车网）

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