用两个玻色-爱因斯坦凝结体实现EPR悖论

发布时间：2023-06-16 09:46:46 所属栏目：外闻来源：

导读：一篇最新发表在《物理评论X》杂志上的论文，报道了用两个空间分离的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）实现了爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）悖论的实验。这是首次在空间分离的、包含大量粒子的量子系统中观察到EPR悖论，这

一篇最新发表在《物理评论X》杂志上的论文，报道了用两个空间分离的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）实现了爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）悖论的实验。这是首次在空间分离的、包含大量粒子的量子系统中观察到EPR悖论，这说明系统规模增加后，量子力学和局域实在性之间的矛盾并不会消失。此外，EPR纠缠结合对两个凝聚体的单个量子操作，为用多粒子系统进行量子计量和信息处理提供了重要的资源。

EPR悖论是什么？

EPR悖论是1935年由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的一个思想实验，它挑战了我们对现实和局域性的理解。EPR考虑了一个双粒子量子系统，通过相互作用使得两个粒子之间产生纠缠。然后将系统分离，对两个粒子进行测量，发现测量结果呈现出强烈的相关性，这就意味着,通过测定一个样本可以推测到另一个样本的性质。

如何验证EPR悖论？

为了验证EPR悖论，需要设计一种实验方案，能够同时测量两个纠缠粒子的两个互补性质，并比较它们的不确定度。如果不确定性低于海森堡不确定原理中规定下限,则表明存在EPR悖论。这种方案被称为EPR标准，它可以用以下公式表示：

其中Δx_A和Δx_B分别表示两个粒子的位置不确定度，Δp_A和Δp_B分别表示两个粒子的动量不确定度。如果这个不等式成立，就意味着两个粒子之间存在EPR悖论，即量子力学与局域实在性不相容。

用BEC实现EPR悖论

BEC是一种特殊的量子态，其中大量的玻色子在极低的温度下聚集在一个微观的波包中，表现出宏观的量子行为。BEC可以用一个巨型自旋来描述，其方向和长度分别对应于BEC的相位和原子数。因此，BEC的位置和动量可以用其自旋的两个正交分量来表示，例如S_x和S_y。这样，EPR标准就可以改写为：

其中ΔS_{x,A}和ΔS_{x,B}分别表示两个BEC的S_x分量的不确定度，ΔS_{y,A}和ΔS_{y,B}$分别表示两个BEC的S_y分量的不确定度，N是每个BEC中的原子数。

实验结果

研究人员发现，当两个凝聚体的自旋方向相反且长度相等时，它们的S_x和S_y分量呈现出很强的反相关性，即一个凝聚体的S_x越大，另一个凝聚体的S_x越小，反之亦然。同样的情况也发生在S_y分量上。该反相关性的结果表明:两个凝聚体的不确定度值均低于 Haston堡不确定原理所规定的不确定度值下限,从而符合 E r- P标准。

（编辑：汽车网）

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