消除这一漏洞是困难的,因为纠缠的量子态极其脆弱、难以操控;处理单个光子是必要的。当时的法国博士生阿兰·阿斯佩没有被吓倒,经过多次迭代改进,他构建了一个新版本的设置。在他的实验中,可以记录通过滤光片的光子和没有通过的光子。这意味着可以检测到更多的光子,测量更好了。
在实验的最后一个改进版本中,他还能够将光子导向以不同角度放置的两个不同滤光片。巧妙之处在于,纠缠光子从源中生成、发射出之后,还有一种机制,能够改变它们的方向。滤光片只在6米之外,所以方向切换需要在十亿分之一秒量级之内完成。如果光子将要到达哪个滤光片的信息影响了它从源发射的方式,它就不会到达那个过滤器。实验一侧的滤光片信息也不会传到实验的另一侧,从而影响那里的测量结果。这样,阿兰·阿斯佩堵住了一个重要的实验漏洞,给出了一个清晰明确的结果:量子力学是正确的,没有隐变量。
阿兰·阿斯佩改进了实验,他使用了一种新方式来激发原子,能够以更高的速率发射纠缠光子。他还可以实现不同设置之间的切换,使系统不包含任何可能影响结果的预置信息。
安东·塞林格后来对贝尔不等式进行了更多测试。他通过激光照射特殊晶体来制备纠缠光子对,并使用随机数来控制测量设置之间的转换。有一个实验,是使用来自遥远星系的信号来控制滤光片,确保信号不相互影响。
量子信息的时代
这些类似的实验为现今蓬勃发展的量子信息科学研究奠定了基础。
操纵和管理量子态的能力,能给我们带来新工具,其潜力超乎我们的想象。这是量子计算、量子信息的传输和存储以及量子加密算法的基础。现在,具有两个以上粒子的系统(所有粒子都纠缠在一起)正在进入实际应用,安东·蔡林格和他的同事们是第一个探索缠在一起的,现在正在使用中,而安东·蔡林格及其同事是最早探索这种系统的人。
这些日益完善的工具使现实应用越来越近。现在已经证明了,穿越数十公里光纤的光子之间,以及卫星和地面接收站之间存在纠缠量子态。在很短的时间内,世界各地的研究人员发现了利用量子力学最强大特性的很多新方法。
第一次量子革命给予了我们晶体管和激光。得益于操纵纠缠粒子系统的现代工具,我们现在正在进入一个新时代。
(翻译:王佳)
安东·塞林格是中国科学院外籍院士,也是中国量子信息领军人物潘建伟在奥地利留学时的博士生导师。他一直在积极推动国际交流与合作,对中国量子科技发展保持着关注和支持。2020年,安东·塞林格被授予“中国政府友谊奖”。
值得一提的是,诺贝尔奖授予量子信息科学,中国科学家也做出了重要贡献