实行验证
贝尔不等式固然是如许简单的一个数学公式,但对其进行实行验证黑白常具有挑战性的。首先,它要求实行上应该能制备较高精度的胶葛态,而且要将其分离一定距离。因为贝尔不等式是对定域性的检验,实行者必要包管对两个粒子的丈量可以清除光速以下的信息传递。其次是必要实现对粒子在不同方向的丈量,因为只有在某些丈量方向,量子力学才能违背贝尔不等式。此外探测器的粒子检测效率也会对贝尔不等式的验证造成影响。因而历史上对贝尔不等式的验证也是在不断填补毛病中进行 [1,3]。
1972年, John F. Clauser和Stuart Freedman一起完成了第一次Bell实行。他们使用钙原子级联跃迁产生胶葛光子对进行实行。但由于光子对产生效率极低,丈量时间长达200小时,而两个光子之间的距离又较短,因此存在定域性“毛病”。另外丈量基固定也是受到诟病的缘故原由之一。
图2 John F. Clauser和Stuart Freedman的实行示意图
1981年和1982年,Alain Aspect及其互助者进行了一系列实行,进步了丈量精度,减小了贝尔不等式验证的毛病。在第一个实行中,他们使用双激光系统激发钙原子,产生胶葛光子对,改善了胶葛光子源。在第二个实行中,使用双通道方法,进步光子使用率。丈量精度大大进步。第三个实行最为紧张。关闭了定域性“毛病”。两个胶葛光子相隔约12米远,信号以光速在它们之间传播,要花40纳秒的时间。光子到每个偏振片的距离为6米。偏振片旋转的时间不凌驾20纳秒。而使用声光器件乃至可以在更短的时间尺度上,将光子切换到两组丈量基上。丈量时间远小于信号以光速在两光子之间传递的时间,从而关闭了定域性毛病。
1998年,Anton Zeilinger团队在严格的定域性条件下测试了Bell不等式,观测者之间距离到达400米,彻底关闭了定域性“毛病”,直到这时,我们才能挺起胸膛说到,量子力学 “基本”是对的了。后续,也有许多关于贝尔不等式验证的实行进行,他们都是为了从各个方面来增补验证量子力学的毛病,让我们越来越自大地用量子力学来形貌天下。其中一个比力有趣的实行是2016年的大贝尔实行(the Big Bell Test),该实行的目标是为了消除伪随机性对贝尔不等式验证的影响。我们知道,无论做计算还是实行,随机数都是由计算机天生的,而计算机的随机数是伪随机数,它原则上可以由某种方法计算出来,只要我们给一个确定的种子,那么接下来一系列的随机数都是确定的。这会导致用这种方法测出的实行结果的关联性有超出贝尔不等式所代表的极限的可能。