科技日報記者 張佳欣

據(jù)最新一期《物理學(xué)評論X輯—量子》雜志報道，美國史蒂文斯理工學(xué)院、伊利諾伊大學(xué)香檳分校和哈佛大學(xué)的研究團隊，提出了一種利用量子網(wǎng)絡(luò)測試量子理論如何在彎曲時空中表現(xiàn)的新方法。這項研究首次將量子網(wǎng)絡(luò)引入基礎(chǔ)物理問題實驗，具有重要意義。

廣義相對論認為，引力并非傳統(tǒng)意義上的“力”，而是由質(zhì)量導(dǎo)致的時空彎曲。這種彎曲會讓靠近星球的時鐘變慢，這一現(xiàn)象已被精密實驗反復(fù)驗證。但一個重要的問題仍未解決：當(dāng)時間流動發(fā)生變化時，它會如何影響量子世界？是否在某些極端條件下，量子理論或廣義相對論需要修正？盡管完整的“量子引力理論”尚未建立，一些理論已提出，在彎曲時空中量子機制可能會發(fā)生變化。然而，受限于實驗手段，至今未能對這一前沿問題進行確切檢驗。

研究團隊曾提出，量子網(wǎng)絡(luò)已具備用于探測彎曲時空中量子行為的實驗條件。他們展示了量子力學(xué)與引力的兩個核心特性如何在同一個系統(tǒng)中同時發(fā)揮作用。量子力學(xué)允許粒子處于疊加態(tài)，量子計算正是基于這種“同時是0也是1”的狀態(tài)構(gòu)建量子比特。量子網(wǎng)絡(luò)能將這些疊加態(tài)的量子比特分布在遠距離的多個節(jié)點。

在地球附近，這些量子比特也會受到彎曲時空的影響，因為時間流本身會發(fā)生變化。如果將“原子鐘”制成量子疊加態(tài)，并通過量子網(wǎng)絡(luò)連接起來，這些鐘將以疊加的方式感知不同的時間流速。這為探索量子理論和彎曲時空如何交織打開了大門。

團隊與實驗小組合作設(shè)計了具體實驗方案，利用糾纏態(tài)W態(tài)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間分布量子信息，并借助量子隱形傳態(tài)和貝爾態(tài)糾纏等技術(shù)，實現(xiàn)了對彎曲時空量子理論的檢驗。

研究結(jié)果表明，量子網(wǎng)絡(luò)不僅是未來量子互聯(lián)網(wǎng)的實用工具，而且還為研究經(jīng)典傳感技術(shù)無法實現(xiàn)的基礎(chǔ)物理提供了獨特的機會。至少，現(xiàn)在科學(xué)家可以檢測量子力學(xué)在彎曲時空中的行為。