Only Perception: 瑞士進行世上規模最大的量子 Bell 測試

2008-06-21

瑞士進行世上規模最大的量子 Bell 測試

World's Largest Quantum Bell Test Spans Three Swiss Towns
http://www.physorg.com/news132830327.html

June 16, 2008
By Lisa Zyga

在一次排除（量子）糾結粒子之間，任何類型通訊的嘗試中，來自於日內瓦大學的物理學家發出二個糾結的光子，行進到二個相距 18 公里的不同城鎮 -- 這是此類型量子測量中距離最長的一個。這種距離讓物理學家於任何資訊有時間在二鎮之間行進前，在每一個偵測器徹底完成他們的量子測量。

許多其他的實驗已觀察到量子非定域性（nonlocality）-- 這種「在相當距離下鬼魅般的互動」會在二個已糾結的粒子間發生 -- 也知道那是 Bell 不等式（Bell inequalities）的一種違反。

但，如同物理學家 Daniel Salart 等人在最近一期 Physical Review Letters 上所作的解釋，這些 Bell 測試（http://en.wikipedia.org/wiki/Bell_test_experiments）也許離的不夠遠。如果量子測量在一個質量已移動後還不能完成的化（該團隊在這裡所作的假定），那麼在先前測試中的 Bell 違反也許只不過是由於粒子間，某一類今日物理所不知的古典通訊所致。

在他們的實驗中，物理學家從日內瓦透過光纖發出一對糾結的光子，通到位於二個其他瑞士城鎮的干涉計。這二個城鎮分別是 Satigny 與 Jussy，離日內瓦分別是 8.2 與 10.7 公里遠。而 Satigny 與 Jussy 的二個干涉計則相距 18 公里。

由於干涉計之間的距離很大，讓物理學家有時間完成比先前所完成還要更加完整的量子測量。有點令人驚訝的是，物理學家從未精確地決定『量子測量何時已經完成（那時「(光子的)崩潰」發生，如果有的話）』。

量子力學的不同詮釋會導致不同的答案出現。最常見的觀點是當光子被偵測器吸收時，量子測量立即完成。先前的實驗已被設置成：在粒子偵測器間容許足夠的距離，以便在這種觀點下禁止通訊。不過對於測量何時完成，這裡也有其他看法，包括「當結果在古典的環境中已安全無虞」、「當資訊已在環境中」、或甚至那永不結束 -- 這個個觀點導致多重世界詮釋（many worlds interpretation）。

這個瑞士團隊遵循著一種由 Penrose 與 Diosi 所獨立提議的觀點，那假定量子測量與重力之間的連結，且需要一個微小的質量被移動。在這種觀點裡，測量所花的時間比光子被一個偵測器所吸收的時間要來的多。這次瑞士測試的重要性在於那是第一個在 Penrose-Diosi 假定下進行「如太空般分離（space-like separation）」的 Bell 測試。

"在物理社群中有相當大的一部份在推測量子重力與測量問題間的可能連結，" 共同作者 Hugo Zbinden 表示。"Penrose-Diosi 模型的優點在於，那使用今日的技術是可試驗的。"

在物理學家的實驗中，每個光子的偵測是由一個單光子偵測器觸發一個電壓到一個壓電促動器（piezoelectric actuator）。促動器張開，那接著導致一面表面為黃金的鏡子移動。藉由測量鏡子的移位，研究者能透過重力--量子連結證實，量子測量已成功地完成了。

這些步驟 -- 從光子偵測到鏡子移動 -- 大約花上 7.1 微秒，那顯著少於使光子走過相距 18 公里的二干涉計間所需的 60 微秒。故每一個干涉計所「同時」進行的測量無法被任何以光速傳播 -- 或甚至超過光速幾倍 -- 的東西所影響。

"我們實驗的重要性全都位於達成如太空般的分離，即便在此假設之下，一個量子測量，如同在 Penrose-Diosi 模型中，只有當微小質量被移動後才算完成，" Zbinden 解釋。

總的來說，這項實驗透過排除二糾結粒子間任何種類的通訊（這二個粒子相隔遠處、只有當一個質量移動後，才能證明崩潰發生），要來填補一個漏洞。透過在空間上分離糾結的光子，這項測試再度證明量子相關性的非定域天性。

※ 相關報導：

＊ Spacelike Separation in a Bell Test Assuming Gravitationally Induced Collapses
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e220404