【零基础】量子纠缠图像问世，简单解读实验原理

量子纠缠图像问世

　　量子纠缠是量子力学领域的基本现象之一，指两个粒子相互作用并瞬间共享其物理状态。所谓“量子纠缠”，是指一对粒子属性完全相反，如一个粒子自旋向上，则另一个自旋向下，并且当一个粒子的属性改变时，另一个粒子无论距离多远，都会立即变成相反的属性。最近英国物理学家通过一套特殊的“相机”首次拍摄到了量子纠缠的“图像”，今天我们就简单讲一下这个实验的基本原理。

图像解读

　　研究人员做了无数次实验，最终得到的结果如下图所示。图中每一个环形都是一组实验结果，可以看出实验中分别向四个方向影响了其中一光束的相位，最终导致另一光束向相反方向被动改变相位，最终形成了下图中的四个环形。实验使用的两个光束中，其中一个光束每一个光子都与另一个光束的光子成对“纠缠”，实验结果似乎证明了影响量子纠缠对中一个光子，同时也会导致另一个光子反向运动。

实验原理

 　　实验原理简单示意如下图，研究人员发射了一束激光，该激光经过BBO（偏硼酸钡晶体）时产生了在空间上纠缠的光子对，光子对通过BS（分束器）时进行了分离，一束向着SLM1、另一束向着SLM2。通向SLM1的光束经过某种特殊的影响会产生相位的变化（可以理解为位移），通过SLM2的光束则需要在“Delay line”进行数次反射（延时）最终到达相机。

　　通过SLM1的光束在“Fiber coupler”处被收集起来并通过光纤线到达“SPAD”，其中SPAD除了记录下光束的“图像”，同时每有一个光子到达它就向“ICCO”发送一个信号提示“光子已到达该拍照了”。

　　通过SLM2的光束如果直接射向ICCO相机，则其光子到达相机时会因为SPAD到ICCO的电路延时导致相机无法准确地成对拍摄成像。所以通过SLM2的光束需要在“Delay line”折射数次进行延时，使其光子到达ICCO时正好是SLM1方向上另一成对光子到达SPAD的瞬间。

　　通过上述装置就能同时记录下两个成对光束的图像了，最终结果也表明，影响量子纠缠状态下的一个光子，则另一个光子会向反向运动。

展望

　　正如论文第一作者、格拉斯哥大学校物理与天文学院保罗-安东尼·莫罗博士所说：“这张图像是对自然基本属性的优雅展示，量子纠缠第一次以图像的形式被看到，这一结果可推动量子计算新兴领域的发展，并催生新型成像技术和设备。”

　　如果你对量子纠缠现象、量子力学感兴趣建议阅读阿米尔·艾克塞尔的《纠缠态:物理世界第一谜》，这本书对各种经典实验的解释非常简洁到位，让我终于搞清楚了多年云里雾里的各种双缝实验的设计原理。关注公众号“零基础爱学习”回复“JC”即可获取本书电子版。

　　“我怀疑，宇宙不仅比我们已料想的更奇怪，甚至比我们能料想的还要奇怪。”

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　--霍尔丹

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