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假想实验展示时间量子态——因果叠加

2019年9月9日9:09 环球解密

    量子理论的基础之一就是粒子同时可以存在两种甚至更多的状态。最新发表在《自然.通信》(Nature Communications)期刊上的研究称,科学家证明时间也可以有量子态。


    两个物体处于量子叠加态的示意图。


    研究者之一美国史蒂文斯理工学院(Stevens Institute of Technology)的物理学家伊戈.皮科夫斯基(Igor Pikovski)说:“顺序性事件将变得也有量子特性。我们看到在量子时间序列中,事件的‘因’和‘果’没有明显的区别。”

    这是首批对时间的量子特性进行研究的项目之一。正常的时间可以用箭头表示,或前进或后退;时间的量子态中因果可以同时以前进或后退的方向存在。

    他们设计了一个假想的实验来证明,把原本两个看似矛盾的理论——量子力学和万有引力合并到一起。“我们想要了解:当把一个质量大到可以影响时间的物体置于量子态中会怎样?”澳大利亚昆士兰大学物理学家麦格达丽娜.基奇(Magdalena Zych)说。

    爱因斯坦的万有引力理论认为,在巨大质量的物体附近,时间场慢了下来。

    “如果两艘太空船受令在同一时刻互相开火,并躲闪对方的攻击。先开火的太空船就会摧毁另一艘。在爱因斯坦理论下,强大的敌人可能会利用万有引力定律,把一个大质量物体,比如一个星球,放到飞船的旁边使其时间慢下来。”

    “由于时间被放慢,离大质量物体最远的飞船就能最早开火,摧毁另一艘。”

    而量子力学说,任何物体都可以处在一种叠加状态。基奇说,如果敌方把星球置于量子叠加态,时间的量子态就出现了。

    “这时事件发展的顺序就是一种全新的秩序,任何一方都既不是先开火或后开火,而是处于量子态,即既是先开火也是后开火。”

    研究者称,在量子计算机时代,利用时间的量子态运算可能会比固定顺序态的计算机快。

    昆士兰大学研究员费波.科斯塔(Fabio Costa)说:“我们现在朝量子计算机方向研究,简单来说,运行任务可以穿越时间轴,将比固定顺序运算的计算机更有效率。”

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