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“墨子号”又完成一理论检验 登上《科学》杂志

发稿时间:2019-09-20 08:57:00 来源:中国青年报客户端 作者:邱晨辉 中国青年网

  中国青年报客户端北京9月20日电(中国青年报·中国青年网记者 邱晨辉)记者今天从中国科学院获悉,中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志、范靖云等与美国加州理工学院、澳大利亚昆士兰大学等单位的科研工作人员合作,利用“墨子号”量子科学实验卫星对一类预言引力场导致量子退相干的理论模型进行了实验检验。9月19日,国际学术期刊《科学》杂志在线发布了该研究成果。

  (实验场景,地面为了提高信号光强度,采用三台设备联合工作,照片中有两台望远镜同时向卫星发射信标光。中国科学技术大学供图)

   (用于与墨子号进行量子通信的阿里地面站望远镜。中国科学技术大学供图)

  (延时摄影下的阿里地面站望远镜,用于与墨子号进行量子通信。中国科学技术大学供图)

   (实验工作者以及阿里地面站与墨子号的星地对接场景,从左至右 韩玄、雍海林、任继刚和徐凭。中国科学技术大学供图)

  量子力学和广义相对论是现代物理学的两大支柱。然而,任何试图将量子力学和广义相对论进行融合的理论工作都遇到极大困难。在目前已知的四种基本相互作用中,电磁、弱相互作用和强相互作用都已量子化,而且已经统一。唯有关于引力作用的量子化问题一直悬而未决,解决这一问题将有助于建立关于四种基本相互作用的大统一理论。

  潘建伟团队认为,目前关于如何融合量子力学和引力理论的讨论,模型众多,但都缺乏实验检验。一个主要的原因是由于这些理论模型的预言都需要目前难以达到的极端实验条件下检验,比如极小空间尺度,或者是极高能量。近年来,理论物理学家探讨了引力可能导致的量子退相干效应,并提出一个现实可行的试验方案。

  量子科学实验卫星正是检验这一理论的理想平台。2016年8月16日,我国发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。 基于地星之间的量子态分发,潘建伟团队已经开展了一系列创新性的实验研究。截至2017年8月,“墨子号”完成三大既定的科学目标:千公里级地星双向量子纠缠分发、地星量子密钥分发和地星量子隐形传态,三项工作成果分别发表于《科学》和《自然》杂志。

  如今,“墨子号”在国际上率先在太空开展引力诱导量子纠缠退相干实验检验,对穿越地球引力场的量子纠缠光子退相干情况展开测试。最终,通过一系列精巧的实验设计和理论分析,此次实验令人信服地排除了“事件形式”理论所预言的引力导致纠缠退相干现象;在实验观测结果的基础上,该工作对之前的理论模型进行了修正和完善。修正后的理论表明,在“墨子号”现有500公里轨道高度下,纠缠退相干现象将表现得比较微弱,为了进一步进行确定性的验证,未来需要在更高轨道的实验平台开展研究。

  按照潘建伟团队的说法,这是国际上首次利用量子卫星在地球引力场中对尝试结合量子力学与广义相对论的理论进行实验检验,将极大地推动相关物理学基础理论和实验研究。

  (教育科学部编辑)

原标题:“墨子号”又完成一理论检验 登上《科学》杂志
责任编辑:工蚁
 
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