科學家們開發出了研究量子理論快速過程的模擬，揭示了量子糾纏及其形成的奧秘。這些研究成果詳細說明了如何在幾阿特秒內量化和觀測糾纏，表明在理解量子事件的時間動態方面取得了重大進展。
一個原子被鐳射脈衝擊中。 一個電子被扯出原子，另一個電子則轉移到能量更高的狀態。 圖片來源：維也納工業大學
量子理論與時間：揭示瞬時效應
量子理論涉及在極短的時間尺度內發生的事件。 過去，這些事件被認為是瞬間發生的，中間沒有任何時間間隔：一個電子繞著原子核執行，眨眼之間，它突然被一道閃光射出。 同樣，兩個粒子相撞後也會立即發生"量子糾纏"。
然而今天，科學家們可以研究這些近乎瞬時效應的確切時間。 維也納理工大學（TU Wien）的研究人員與來自中國的團隊合作，開發了計算機模擬來探索這些超快過程。 透過這些模擬，我們可以瞭解量子糾纏是如何在短短的幾分之一秒內形成的。 他們的研究結果發表在Physical Review Letters雜誌上。
阿秒是時間的極小部分，僅持續一秒的五十億分之一（十億分之一的十億分之一，或10-18）。 它通常用於測量量子物理學中的超快現象，如原子內電子的運動。
如果兩個粒子發生了量子糾纏，那麼分別描述它們就毫無意義。 即使你對這個雙粒子系統的狀態瞭如指掌，也無法對單個粒子的狀態做出清晰的描述。"可以說，粒子沒有單獨的屬性，它們只有共同的屬性。 從數學的角度來看，即使它們處於兩個完全不同的地方，它們也會牢牢地結合在一起，"維也納理工大學理論物理研究所的約阿希姆-伯格多爾費教授解釋說。
在糾纏量子粒子的實驗中，科學家們通常希望儘可能長時間地保持這種量子糾纏--例如，如果他們想將量子糾纏用於量子密碼學或量子計算機。"另一方面，我們感興趣的是另外一些東西--找出這種糾纏最初是如何形成的，以及哪些物理效應在極短的時間尺度內發揮了作用，"出版物的作者之一伊娃-布熱濟諾娃教授說。
量子誕生時間與糾纏
研究人員觀察了被極強的高頻鐳射脈衝擊中的原子。 原子中的一個電子被撕裂並飛離。 如果輻射足夠強，原子中的第二個電子也有可能受到影響： 它可能轉變為能量更高的狀態，然後以不同的路徑繞原子核執行。
因此，在鐳射脈衝之後，一個電子飛走，另一個電子以未知能量留在原子中。約阿希姆-伯格多爾費爾（Joachim Burgdörfer）說："我們可以證明，這兩個電子現在是量子糾纏的。只能把它們放在一起分析，才可以對其中一個電子進行測量，同時瞭解另一個電子的一些情況。"
現在，研究小組已經能夠利用一種結合了兩種不同鐳射束的合適測量協議，證明有可能實現這樣一種情況，即飛離的電子的"出生時間"（即離開原子的時刻）與留下的電子的狀態相關。 這兩種特性是量子糾纏的。
"這意味著，飛走的電子的誕生時間原則上是未知的。 可以說，電子本身並不知道它是何時離開原子的，"伯格多爾費爾說。"它處於不同狀態的量子物理疊加中。 它離開原子的時間點既早又晚"。
我們無法回答它"真正"是在哪個時間點--量子物理學中根本不存在這個問題的"實際"答案。 但答案與原子中剩餘電子的狀態--也是未確定的--存在量子物理聯絡： 如果剩餘電子處於較高能量狀態，那麼飛走的電子很可能是在較早的時間點被撕裂出來的；如果剩餘電子處於較低能量狀態，那麼飛走的自由電子的"出生時間"很可能較晚--平均約為232阿秒。
"這幾乎是一個難以想象的短時間：一阿秒是十億分之一秒。然而，這些差異不僅可以計算，還可以在實驗中測量。我們已經在與希望證明這種超快糾纏的研究團隊進行洽談。"
這項工作表明，僅僅將量子效應視為"瞬時"是不夠的： 只有當我們設法解析這些效應的超短時間尺度時，重要的相關性才會顯現出來。"電子並不是從原子中跳出來的。 可以說，它是一種從原子中溢位的波，而這需要一定的時間，"伊娃-布熱津諾娃說。"正是在這一階段發生了糾纏，隨後可以透過觀察兩個電子來精確測量其效果"。
編譯自/SciTechDaily
