2022年诺贝尔物理学奖之路:用贝尔不等式实验验证量子纠缠 | 张文卓
导言:
什么是贝尔不等式?它为何能够验证量子纠缠?
爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家。他凭借一己之力提出了相对论,同时也是量子论早期的缔造者之一,量子力学和相对论是现代物理学的两大支柱理论,因此爱因斯坦的伟大自然不必多说。但是伟大的爱因斯坦也会犯错,其中最著名的就是他不接受量子力学,那句著名的“上帝不掷骰子”就是出自爱因斯坦。
在爱因斯坦同玻尔争论中,物理学家自然分成了两派,一派站在爱因斯坦这边,认为量子力学背后隐藏着一个符合局域实在论的理论,像经典物理一样严格决定了所有的现象,而量子随机性只是一个不完整的现象。这个理论称为“隐变量理论”;另一派站在玻尔这边,认为量子力学是正确的,在它背后并没有那个所谓的“隐变量理论”,量子力学的概率性本身就是对微观世界完整的描述,即上帝是掷骰子的。
能不能设计一个实验来判定到底有没有这个局域隐变量理论呢?贝尔不等式就登场了。这个不等式是由物理学家约翰•贝尔(John Bell)在1964年提出的。贝尔假设,如果存在局域隐变量理论,那么按照该理论,如果测量两个相隔遥远的粒子A和B,它们的间隔除以测量花费的时间大于光速,那么A和B之间不会发生任何联系,它们的行为都是事先决定好的,应该符合经典的概率限制。于是贝尔推导出了以下不等式:
|h(a,b)-h(a,c)|-h(b,c) ≤1
其中,a、b、c代表测量A和B的两个探测器用的三个模式,h(a,b)=(Naa+Nbb-Nab-Nba)/(Naa+Nbb+Nab+Nba)代表按照局域隐变量理论的测量计数关联的结果(Nab代表测量A的探测器处于a模式,测量B的探测器处于b模式时测到粒子的计数,以此类推)。如果存在局域隐变量,必须符合上述不等式,否则如果实验违反上述不等式,那就可以排除局域隐变量理论。
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来源: qq
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