摘要：他们所展示的配置多功能、经济高效且具有多种在课堂上应用的方法，已经在布法罗大学物理学院的高级量子实验室中投入运行，并且也可以在不太专业的中心使用。

巴塞罗那 大学

专家 Raúl Lahoz 和一群学生带着研究量子物理的新设备。图片来源：加泰罗尼亚米拉之家基金会

量子物理学世界正在经历第二次革命，这将推动计算、互联网、电信、网络安全和生物医药领域的飞速进步。

量子技术吸引了越来越多的学生，他们想要学习亚原子世界的概念——例如量子纠缠或量子叠加——以探索量子科学的创新潜力。

事实上，理解量子技术概念的非直观性质并认识到其与技术进步的相关性是联合国教科文组织宣布的 2025 年国际量子科学技术年的挑战之一。

现在，巴塞罗那大学物理学院的一个团队设计了新的实验设备，使学生能够熟悉更复杂的量子物理概念。

他们所展示的配置多功能、经济高效且具有多种在课堂上应用的方法，已经在布法罗大学物理学院的高级量子实验室中投入运行，并且也可以在不太专业的中心使用。

该项创新发表在《EPJ Quantum Technology》杂志的一篇文章中，该成果是量子物理和天体物理系及布法罗大学宇宙科学研究所 (ICCUB) 的 Bruno Juliá 教授、应用物理系和布法罗大学纳米科学与纳米技术研究所 (IN2UB) 的 Martí Duocastella 教授以及电子与生物医学工程系的 José M. Gómez 教授合作的成果。

它以 Raúl Lahoz 硕士毕业设计的成果为基础，并有专家 Lidia Lozano 和 Adrià Brú 参与。

量子力学使得创建所谓的纠缠系统成为可能，例如两个粒子或两个光子，其行为方式非直观。

1964年，物理学家约翰·贝尔（John S. Bell）通过实验证明量子力学的预测与经典物理学描述（爱因斯坦所倡导的假设）完全不相容，并巩固了量子力学的概率性质。

2022年，科学家阿兰·阿斯派克特（Alain Aspect）、约翰·F·克劳泽（John F. Clauser）和安东·泽林格（Anton Zeilinger）因在纠缠光子量子信息领域进行的开创性实验以及实验证明违反贝尔不等式而获得诺贝尔物理学奖。

量子纠缠是当今推动量子技术（量子计算机、数据加密等）发展的基本资源之一。

“研究贝尔不等式——特别是观察不等式的违反情况——对于表征量子纠缠系统至关重要。能够在教学实验室中进行这些实验对于理解贝尔不等式、量子纠缠和量子力学的概率性质非常重要，”朱利亚说。

Duocastella 在文章中解释道，他们设计了“能够为学生提供量子纠缠直接测量的新型实验设备。从我们的角度来看，我们相信让学生进行这些测量将极大地促进他们理解这种非直观现象。”

布法罗大学团队设计的系统不仅能研究贝尔不等式，还能进行全双光子态层析成像，只需简单操作就能制备不同的量子纠缠态。

与之前的方案相比，“新设备改进了光子捕获过程：它使用组装到光纤上的探测器，这是简化实验的关键创新之一，有助于系统对准并提高检测效率。因此，可以在实际实验室课程（一到两个小时）内完成对贝尔不等式的完整测量，”Juliá 和 Duocastella 说。

结果显示，成功操控了光子的量子态，实现了高保真纠缠态，并显著违反了贝尔不等式。此外，该系统的元素在当今的量子技术中得到广泛应用，有助于学生接触先进的仪器。

这项创新已在本科和硕士学位课程中得到应用，并得到了所有学生的积极反馈。在物理学学士学位课程中，它允许进行实验演示，以补充经典和量子信息理论以及量子力学的课程。在硕士学位课程中，它是量子科学与技术硕士学位高级量子实验室的四个实验之一。

更多信息： Raul Lahoz Sanz 等人，用于测量贝尔不等式和执行量子态断层扫描的本科生装置，EPJ Quantum Technology (2024)。DOI ：10.1140/epjqt/s40507-024-00298-y

论文地址: https://epjquantumtechnology.springeropen.com/articles/10.1140/epjqt/s40507-024-00298-y

由巴塞罗那大学 提供

来源：点燃创新