第三百一十三章 瞧瞧我发现了什么？
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考虑到一些鲜为人同学的好奇心，
这里用尽量通俗的方式解释一下光子——或者说量子纠缠的概念。
基本上只要你看得懂文字，应该都可以理解。
首先举个例子。
假如说在太空中两个挨在一起静止的相同圆盘，被一个姓郝的炸逼用炸弹炸开。
它们两个因此开始有了一个旋转。
当它们飞了很远之后，我们捕获了其中的一个圆盘并且对它进行测量。
并且发现它的旋转角速度为w。
那么我们立刻可以知道，另一个圆盘的角速度一定是-w。
因为根据角动量守恒，两个圆盘的角动量之和一定为零，所以它们两个的旋转角速度一定是相反的。
也就是w和-w相抵消。
而量子纠缠有些类似。
当一对有量子纠缠的光子，往相反方向飞了很远之后，我们捕获了其中的一个光子。
测量得到它的偏振方向是逆时针偏振的。
那么在这一瞬间，我们就可以知道在很远的另一个光子它的偏振方向是顺时针偏振的。
看到这里，或许有人就会觉得说。
那么量子纠缠看上去并没有什么特别的呀，那么为什么会被讨论的那么多？
量子纠缠的实验和前面那个经典世界里面的实验区别到底在哪里呢？
最主要的一个区别就是，在经典世界里面，在爆炸之后的那一瞬间，两个圆盘的状态就已经是确定了的。
无论我们在什么时间和位置去测量，得到的都会是同样的结果。
可是在量子纠缠的实验里面。
两个光子往相反方向飞行的途中，其中每一个光子的偏振方向并不是确定的。
而是处于50%的概率顺时针偏振和50%逆时针偏振相叠加的量子态。
你测量的结果有50%的概率是顺时针偏振，有50%的概率是逆时针偏振。
这个光子的状态只有在你测量的时候才能确定，而且完全是一个概率性事件。
这代表着什么呢？
最关键的地方来了。
就是说你测量了其中一个光子，这一个光子的状态坍缩成了比如说顺时针偏振。
在遥远地方的另一个光子，它的状态就同时坍缩成了确定的逆时针偏振。
仿佛这两个光子间有一个可以超越光速的联系，可以让它们瞬间可以达成共识。
具体的实验过程就是纠缠光子对利用二类bbo晶体的自发参量下转换，可以产生两个偏振态正交的纠缠光子对。
再利用检偏器以及单光子计数器测量就可以完成了。
相关论文还是挺多的，这里就不多赘述了，也没必要了解太深。
当然了。
或许有同学会问一个更深一步的问题：
你怎么知道在测量之前量子的状态是不确定的？
难道就不能它在客观上已经确定的？
也就是这边的这个光子早就是顺时针偏振，而另一个光子则是逆时针偏振。
只是我们观测之前未知它们的状态而已？
这就涉及到一个叠加态的问题了。
贝尔不等式结合实验结果来看，证明了量子在被观测前是处于叠加态的。
这是啥意思呢？
也就是说同样的光子，你在头一次测量的时候可能是顺时针偏振。
可换个基矢第二次就成逆时针偏振了。
比如你面前有两台冰箱，a里头放着一枚鸡蛋，b里头放着一块牛肉。
你头一次开a发现是个鸡蛋，同时不用看b就知道b那边一定是牛肉。
可当你关上a再开，第二次里面却变成了牛肉，而你除了关门其他啥事也没干。
第三次它又变回了蛋。
反反复复最后牛肉和蛋出现的概率都是50%，唯一不变的就是确定了a里头是某件物体后，b那边出一定要另一件物体。
当然了。
所谓通俗的说法也就代表着不够严谨，因此理论上肯定和实际有所区别的。
但从性质上来说举的例子基本和实验情况没跑，这就够了。
毕竟大家又不要做实验或者考试。
另外，潘院士他们研究的量子隐态传送便是基于这个规则。
也就是我这边说了个0字符，你那边立刻就能以超光速的速度获得一个1字符。
哪怕它们相隔几百万光年，纠缠也会在瞬时间发生。
只是信息的传输需要经典信道这个载体，因此最多只能接近光速而已，不违反相对论。
视线再回归直升机舱。
一切准备就绪后。
潘院士朝李百安做了个请的手势：
“李老，设备就由您来启动吧。”
作为李百安曾经短暂代课教导过的学生，潘院士何尝不知道，这位接近七十岁的老者的毕生心愿就是能观测一次空间？
或者说这是每个物理人的梦想。
实验过程几乎没什么风险，但纵使让他们看到结果后立刻死去，也依旧会有无数人愿意去付出性命。
李百安朝潘院士点头致意，走到了设备台边。
这位一生几乎没怎么争过名利的老院士，这一次并没有选择推让，因为他也是那无数的物理人之一。
随后他深吸一口气，按下了按钮。
此前提及过，光子在经典信道中的传播速度不会超过光速。
但在现实中，那种速度对于常人而言其实和光速没太大区别。
都是一眨眼的事儿。
因此当李百安这头刚按下启动键，屏幕上几乎瞬时间便有了反馈结果。
只见一个光子被放置在晶体的像平面上的空间光调制器反射并显示相位对象，然后被收集到单模光纤中，最终被单光子雪崩二极管检测到。
微型机器人上面的iccd相机获得的阈值帧直接相加，屏幕上很快出现了4个独立的量子纠缠图像。
它们对应于θ2 ={0°， 45°， 90°， 135°}的四个方向。
与此同时。
计算机飞快的将每个图像中沿着相位圆对象的边缘，定义出了一个环形感兴趣区域。
潘院士快速来到主控屏幕边上看了几眼：
“李老，光敏阵列不同部位的相位圆的四幅并行图像出来了，现在进行累加吗？”
李百安犹豫了一会儿，摇摇头道：
“不急，再等等。”
就像许久不用的热水壶烧水时往往会弃用头一遍的热水，科研中很多时候第一次的检测结果也都会被忽略。
过了三十秒，arm2中的光束结果更新了。
这次李百安很果断的出声了：
“小潘，开始累加计算吧。”
潘院士点点头，噼里啪啦的在键盘上输入了某段密匙。
很快，累加相出现了。
这是一副有四种颜色的累加相。
四种颜色分别是红、黄、紫、绿
其中红、紫、绿分别代表实验光子、负电荷和电子。
但那道黄色......
在看到它的一瞬间，潘院士的瞳孔骤然紧缩：
“这....这怎么可能？”
随后他猛地抬起头，对李百安说道：
“李老，空间的边缘存在有大量的......
正电子！”
.......
注：
实验过程我自己推导了一个下午，应该没问题，就是45°的相计算有点麻烦，公式就不列出来了。
70
考虑到一些鲜为人同学的好奇心，
这里用尽量通俗的方式解释一下光子——或者说量子纠缠的概念。
基本上只要你看得懂文字，应该都可以理解。
首先举个例子。
假如说在太空中两个挨在一起静止的相同圆盘，被一个姓郝的炸逼用炸弹炸开。
它们两个因此开始有了一个旋转。
当它们飞了很远之后，我们捕获了其中的一个圆盘并且对它进行测量。
并且发现它的旋转角速度为w。
那么我们立刻可以知道，另一个圆盘的角速度一定是-w。
因为根据角动量守恒，两个圆盘的角动量之和一定为零，所以它们两个的旋转角速度一定是相反的。
也就是w和-w相抵消。
而量子纠缠有些类似。
当一对有量子纠缠的光子，往相反方向飞了很远之后，我们捕获了其中的一个光子。
测量得到它的偏振方向是逆时针偏振的。
那么在这一瞬间，我们就可以知道在很远的另一个光子它的偏振方向是顺时针偏振的。
看到这里，或许有人就会觉得说。
那么量子纠缠看上去并没有什么特别的呀，那么为什么会被讨论的那么多？
量子纠缠的实验和前面那个经典世界里面的实验区别到底在哪里呢？
最主要的一个区别就是，在经典世界里面，在爆炸之后的那一瞬间，两个圆盘的状态就已经是确定了的。
无论我们在什么时间和位置去测量，得到的都会是同样的结果。
可是在量子纠缠的实验里面。
两个光子往相反方向飞行的途中，其中每一个光子的偏振方向并不是确定的。
而是处于50%的概率顺时针偏振和50%逆时针偏振相叠加的量子态。
你测量的结果有50%的概率是顺时针偏振，有50%的概率是逆时针偏振。
这个光子的状态只有在你测量的时候才能确定，而且完全是一个概率性事件。
这代表着什么呢？
最关键的地方来了。
就是说你测量了其中一个光子，这一个光子的状态坍缩成了比如说顺时针偏振。
在遥远地方的另一个光子，它的状态就同时坍缩成了确定的逆时针偏振。
仿佛这两个光子间有一个可以超越光速的联系，可以让它们瞬间可以达成共识。
具体的实验过程就是纠缠光子对利用二类bbo晶体的自发参量下转换，可以产生两个偏振态正交的纠缠光子对。
再利用检偏器以及单光子计数器测量就可以完成了。
相关论文还是挺多的，这里就不多赘述了，也没必要了解太深。
当然了。
或许有同学会问一个更深一步的问题：
你怎么知道在测量之前量子的状态是不确定的？
难道就不能它在客观上已经确定的？
也就是这边的这个光子早就是顺时针偏振，而另一个光子则是逆时针偏振。
只是我们观测之前未知它们的状态而已？
这就涉及到一个叠加态的问题了。
贝尔不等式结合实验结果来看，证明了量子在被观测前是处于叠加态的。
这是啥意思呢？
也就是说同样的光子，你在头一次测量的时候可能是顺时针偏振。
可换个基矢第二次就成逆时针偏振了。
比如你面前有两台冰箱，a里头放着一枚鸡蛋，b里头放着一块牛肉。
你头一次开a发现是个鸡蛋，同时不用看b就知道b那边一定是牛肉。
可当你关上a再开，第二次里面却变成了牛肉，而你除了关门其他啥事也没干。
第三次它又变回了蛋。
反反复复最后牛肉和蛋出现的概率都是50%，唯一不变的就是确定了a里头是某件物体后，b那边出一定要另一件物体。
当然了。
所谓通俗的说法也就代表着不够严谨，因此理论上肯定和实际有所区别的。
但从性质上来说举的例子基本和实验情况没跑，这就够了。
毕竟大家又不要做实验或者考试。
另外，潘院士他们研究的量子隐态传送便是基于这个规则。
也就是我这边说了个0字符，你那边立刻就能以超光速的速度获得一个1字符。
哪怕它们相隔几百万光年，纠缠也会在瞬时间发生。
只是信息的传输需要经典信道这个载体，因此最多只能接近光速而已，不违反相对论。
视线再回归直升机舱。
一切准备就绪后。
潘院士朝李百安做了个请的手势：
“李老，设备就由您来启动吧。”
作为李百安曾经短暂代课教导过的学生，潘院士何尝不知道，这位接近七十岁的老者的毕生心愿就是能观测一次空间？
或者说这是每个物理人的梦想。
实验过程几乎没什么风险，但纵使让他们看到结果后立刻死去，也依旧会有无数人愿意去付出性命。
李百安朝潘院士点头致意，走到了设备台边。
这位一生几乎没怎么争过名利的老院士，这一次并没有选择推让，因为他也是那无数的物理人之一。
随后他深吸一口气，按下了按钮。
此前提及过，光子在经典信道中的传播速度不会超过光速。
但在现实中，那种速度对于常人而言其实和光速没太大区别。
都是一眨眼的事儿。
因此当李百安这头刚按下启动键，屏幕上几乎瞬时间便有了反馈结果。
只见一个光子被放置在晶体的像平面上的空间光调制器反射并显示相位对象，然后被收集到单模光纤中，最终被单光子雪崩二极管检测到。
微型机器人上面的iccd相机获得的阈值帧直接相加，屏幕上很快出现了4个独立的量子纠缠图像。
它们对应于θ2 ={0°， 45°， 90°， 135°}的四个方向。
与此同时。
计算机飞快的将每个图像中沿着相位圆对象的边缘，定义出了一个环形感兴趣区域。
潘院士快速来到主控屏幕边上看了几眼：
“李老，光敏阵列不同部位的相位圆的四幅并行图像出来了，现在进行累加吗？”
李百安犹豫了一会儿，摇摇头道：
“不急，再等等。”
就像许久不用的热水壶烧水时往往会弃用头一遍的热水，科研中很多时候第一次的检测结果也都会被忽略。
过了三十秒，arm2中的光束结果更新了。
这次李百安很果断的出声了：
“小潘，开始累加计算吧。”
潘院士点点头，噼里啪啦的在键盘上输入了某段密匙。
很快，累加相出现了。
这是一副有四种颜色的累加相。
四种颜色分别是红、黄、紫、绿
其中红、紫、绿分别代表实验光子、负电荷和电子。
但那道黄色......
在看到它的一瞬间，潘院士的瞳孔骤然紧缩：
“这....这怎么可能？”
随后他猛地抬起头，对李百安说道：
“李老，空间的边缘存在有大量的......
正电子！”
.......
注：
实验过程我自己推导了一个下午，应该没问题，就是45°的相计算有点麻烦，公式就不列出来了。
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