Only Perception: 一圈圈的光子闡明量子物理的「鬼魅」

2008-04-08

一圈圈的光子闡明量子物理的「鬼魅」

Loopy photons clarify 'spookiness' of quantum physics
http://www.physorg.com/news125087181.html

March 18, 2008

NIST 的研究者與 Joint Quantum Institute（NIST 及 Maryland 大學），發展出一種新方法以創造成對的、成糾結態的（entangled）光子。研究者使用這些光子來測試量子理論的基本概念。

在實驗中，研究者將光脈衝送至扭轉（twisted）成圈的光纖二端。具有同樣顏色的成對光子分別往二方向前進，在一種稱為「four-wave mixing（四波混合）」的過程中相互作用，轉變成二個新的、成糾結態的光子，一個會較紅而另一個則比原本還要藍。

雖然，光纖的扭轉意味著從一端浮現的成對光子被垂直地偏振（其電場上下振動），而來自另一端的一對則水平偏振（電場左右振動），不過這種設置卻使我們不可能決定新形成的光子對會採用哪種路徑。因為路徑難以辨別，所以不可思議的量子物理法則說，這光子對（譯註：成糾結態的）事實上將同時存在於二種狀態中 -- 水平與垂直偏振。直到某人測量了一個，這時，二個光子必須選擇一個明確的與同樣的狀態。

這種「鬼魅般的超距作用（spooky action at a distance）」正使愛因斯坦把量子力學考慮成不完整的理論，激起過去 73 年間「定域性（locality）」與「實在論（realism）」概念的爭辯。數十年來的實驗已證明對於成對糾結態粒子的測量並不與「定域實在論（local realism）」的假設相符。這個概念是說，發生在某處的過程並不會即刻影響另一處的過程（定域性）而粒子則具有明確的、事先存在的（preexisting）特性（稱為「隱含變量（hidden variables）」），即使沒有被測量過（實在論）。

到目前為止的實驗已經排除定域性與實在論這樣的組合。但是否有種理論能設想它們只有其中之一是正確嗎？非定域隱含變量（Nonlocal hidden variables，NLHV）理論將允許隱含變量的可能性，但將允許非定域性（nonlocality），即在某一處測量一個粒子會對分開的另一處粒子產生立即的影響，這種構想。

在此設置中，測量偏振的成對糾結態粒子，研究者證明所產生的結果 NLHV 理論的某些預測「不相符」，但與量子力學的預測相符。在此法之下，他們能夠排除某些 NLHV 理論。他們的結果也與其他單位所完成的類似實驗相符。

※ 相關報導：

＊ Bright phase-stable broadband fiber-based source of polarization-entangled photon pairs
http://link.aps.org/abstract/PRA/v76/e043836

J. Fan, M. D. Eisaman, and A. Migdall
Phys. Rev. A 76, 043836 (2007) (4 pages)
doi:10.1103/PhysRevA.76.043836

＊ Experimental test of nonlocal realism using a fiber-based source of polarization-entangled photon pairs
http://link.aps.org/abstract/PRA/v77/e032339