让时间逆转的光子学实验解决了量子悖论

让时间逆转的光子学实验解决了量子悖论长期以来，人们不知道这如何能与热力学同时成为事实。在那里，时间有一个方向，信息也会丢失。"想想两张照片，你把它们放在阳光下太久了，过了一段时间，你就无法再分辨它们了，"作者JelmerRenema解释说。特文特大学的一个研究小组通过使用一个带有光子通道的光学芯片成功地说明了量子力学和热力学可以共存。这些通道单独显示出符合热力学的无序状态，而整个系统由于子系统的纠缠而符合量子力学，证明了信息可以被保存和传输。资料来源：特文特大学对于这个量子难题已经有了理论上的解决方案，甚至用原子做了实验，但现在特文特大学（UT）的研究人员也用光子证明了这一点。Renema解释说："光子有一个优势，用它来逆转时间是非常容易的。在实验中，研究人员使用了一个带有通道的光学芯片，光子可以通过这些通道。起初，他们可以准确地确定每个通道中有多少个光子，但之后，光子就会改变位置。当我们观察单个通道时，它们遵守热力学定律，建立了无序状态。基于对一个通道的测量，我们不知道有多少光子仍在该通道中，但整个系统与量子力学是一致的。"各种通道--也被称为子系统是纠缠在一起的。一个子系统中丢失的信息在另一个子系统中'消失'了。JelmerRenema博士是自适应量子光学研究小组的助理教授。他也是特温特大学的特色科学家之一。他与一个团队一起做了这项研究，其中包括柏林自由大学的延斯-艾塞特教授博士的研究小组，他们在证明实验的可逆性方面发挥了重要作用。他们最近在科学杂志《自然通讯》上发表了题为"集成量子光子处理器中的热力学量子模拟"的文章。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369905.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369905.htm

“无限可能”：研究称新的物理定律可预测基因突变

“无限可能”：研究称新的物理定律可预测基因突变根据朴次茅斯大学的一项研究，一个新的物理学定律可以允许早期预测基因突变。该研究发现，信息动力学第二定律，或称"信息动力学"，与热力学第二定律的行为方式不同。这一发现可能对基因组研究、进化生物学、计算、大数据、物理学和宇宙学在未来的发展产生重大影响。研究主要作者MelvinVopson博士来自该大学的数学和物理学院。他说：“在物理学中，有一些规律支配着宇宙中发生的一切，例如天体如何移动，能量如何流动等等。一切都建立在物理学规律之上。最强大的定律之一是热力学第二定律，该定律规定，熵--衡量一个孤立系统中的无序程度--只能增加或保持不变，但永远不会减少。”这是一个与“时间之箭”有关的无可争议的定律，它证明了时间只向一个方向移动。它只能朝一个方向流动，不能倒退。他解释说：“想象一下两个透明的玻璃盒子。在左边，你有红色的气体分子，你可以看到，像红色的烟雾。在右边，你有蓝色的烟雾，在它们之间有一个屏障。如果你移开屏障，这两种气体将开始混合，颜色也会改变。这个系统没有任何过程可以让它自己再次分离出蓝色和红色。换句话说，你不能降低熵，也不能在不花费能量的情况下将系统组织成以前的样子，因为熵只能保持不变或随时间增加。”Vopson博士是一位信息物理学家。他的研究重点是信息系统，其范围可以从笔记本电脑的硬盘到生物体内的DNA和RNA。他与英国中央兰开夏大学的SerbanLepadatu博士合作撰写了这篇论文。Vopson博士补充说：“如果热力学第二定律规定，熵需要保持不变或随时间增加，我想也许信息熵也会如此。但Lepadatu图博士和我发现的情况正好相反--它随时间推移而减少。信息动力学第二定律的作用与热力学第二定律完全相反。”根据Vopson博士的说法，这可能是生物体基因突变的原因。他解释说：“全世界的共识是，突变是随机发生的，然后自然选择决定了突变对一个生物体是好是坏。如果突变对一个生物体有益，它将被保留下来。但是，如果有一个隐藏的过程来驱动这些突变呢？每当我们看到我们不理解的东西，我们就把它描述为‘随机’或‘混沌’或‘超自然’，但这只是我们无法解释的。如果我们能够开始从决定论的角度来看待基因突变，我们就可以利用这个新的物理学规律来预测突变--或者突变的概率--在它们发生之前。”Vopson博士及其同事分析了COVID-19（Sars-CoV-2）的基因组，发现它们的信息熵随着时间而减少。“在短时间内经历若干次突变的东西的最好例子是病毒。这场大流行为我们提供了理想的测试样本，因为Sars-CoV-2变异成了如此多的变体，而现有的数据是令人难以置信的。”他继续说：“COVID的数据证实了信息动力学第二定律，该研究开启了无限的可能性。想象一下，观察一个特定的基因组，并在突变发生之前判断它是否有益。这可能是改变游戏规则的技术，可用于遗传疗法、制药业、进化生物学和大流行病研究。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313257.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313257.htm

我国科学家在量子纠缠研究中取得重要进展

我国科学家在量子纠缠研究中取得重要进展记者3月29日从中国科学技术大学获悉，该校郁司夏、孙亮亮、周祥与安徽大学许振朋及瑞典隆德大学研究人员等合作，发现原本只是探测纠缠有无的实验数据可以用来估计纠缠大小。相关研究成果日前发表于国际权威学术期刊《物理评论快报》。量子纠缠是量子理论的基础概念和量子信息中的核心资源，量子纠缠研究的两大基本任务是纠缠的检测和度量。在实验中，有效的探测和估计纠缠大小是完成多种信息任务的先决条件，特别是纠缠的大小估计，决定了纠缠这一珍贵资源的使用效能。（新华社）

揭开量子世界的神秘面纱：科学家实时捕捉光子的量子纠缠

揭开量子世界的神秘面纱：科学家实时捕捉光子的量子纠缠一项基于先进照相技术的新技术展示了一种快速高效地重建纠缠粒子完整量子态的方法。渥太华大学的研究人员与罗马萨皮恩扎大学的达尼洛-齐亚（DaniloZia）和法比奥-斯基亚里诺（FabioSciarrino）合作，最近展示了一种新技术，能够实时可视化两个纠缠光子（构成光的基本粒子）的波函数。用一双鞋作比喻，纠缠的概念可以比作随机选择一只鞋。当你辨认出一只鞋子的那一刻，另一只鞋子的性质（是左鞋还是右鞋）就会立刻被分辨出来，而不管它在宇宙中的位置如何。然而，耐人寻味的是，在观察的确切时刻之前，与识别过程相关的固有不确定性。波函数是量子力学的核心原理，它提供了对粒子量子态的全面理解。例如，在鞋子的例子中，鞋子的"波函数"可以携带左右、大小、颜色等信息。更准确地说，波函数能让量子科学家预测对量子实体进行各种测量的可能结果，如位置、速度等。照片（从左到右）：AlessioD'Errico博士、EbrahimKarimi博士和NazaninDehghan。图片来源：渥太华大学这种预测能力非常宝贵，尤其是在飞速发展的量子技术领域，了解量子计算机产生或输入的量子态，将使我们能够测试计算机本身。此外，量子计算中使用的量子态极其复杂，涉及许多可能表现出强非局部相关性（纠缠）的实体。了解这样一个量子系统的波函数是一项极具挑战性的任务--这也被称为量子态层析成像或量子层析成像。采用标准方法（基于所谓的投影运算）进行全面层析需要大量测量，而测量次数会随着系统复杂度（维度）的增加而迅速增加。该研究小组以前用这种方法进行的实验表明，表征或测量两个纠缠光子的高维量子态可能需要几个小时甚至几天的时间。此外，结果的质量对噪声非常敏感，并取决于实验装置的复杂程度。量子层析成像的投影测量方法可以理解为观察从独立方向投射到不同墙壁上的高维物体的影子。研究人员所能看到的只是这些阴影，而从这些阴影中，他们可以推断出整个物体的形状（状态）。例如，在CT扫描（计算机断层扫描）中，可以从一组二维图像中重建三维物体的信息。不过，在经典光学中，还有另一种重建三维物体的方法。这种方法被称为数字全息术，其基础是通过将物体散射的光与参考光进行干涉而获得的单幅图像，即干涉图。由加拿大结构量子波研究主席、渥太华量子技术联合研究所（NexQT）联合主任、理学院副教授EbrahimKarimi领导的研究小组将这一概念扩展到了双光子的情况。重构双光子态需要将其与假定的众所周知的量子态叠加，然后分析两个光子同时到达的位置的空间分布。对同时到达的两个光子进行成像被称为巧合成像。这些光子可能来自参考源，也可能来自未知源。量子力学指出，光子的来源无法确定。这就产生了一种干涉模式，可用于重建未知波函数。先进的照相机能以纳秒（1,000,000,000秒）的分辨率记录每个像素上的事件，使这项实验成为可能。论文共同作者之一、渥太华大学博士后AlessioD'Errico博士强调了这一创新方法的巨大优势："这种方法比以前的技术快了数倍，只需要几分钟或几秒钟，而不是几天。重要的是，检测时间不受系统复杂性的影响--这是解决投影层析成像中长期存在的可扩展性难题的一种方法。"这项研究的影响不仅限于学术界。它有可能加速量子技术的进步，如改进量子态表征、量子通信和开发新的量子成像技术。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387125.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387125.htm

中国科学家构建国际首个基于纠缠的城域量子网络

中国科学家构建国际首个基于纠缠的城域量子网络近日，中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等科研人员首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠，并以此为基础构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络。该工作使得现实量子纠缠网络的距离由以往的几十米整整提升了三个数量级至几十公里，为后续开展盲量子计算、分布式量子计算、量子增强长基线干涉等量子网络应用奠定了科学与技术基础。相关研究成果于5月15日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。该工作使得现实量子纠缠网络的距离由几十米提升至几十公里，为后续开展分布式量子计算、分布式量子传感等量子网络应用奠定基础。该工作是国际首个城域多节点量子网络实验。

科学家开发出能产生量子纠缠光子网的超薄超表面

科学家开发出能产生量子纠缠光子网的超薄超表面桑迪亚国家实验室和马克斯-普朗克研究所的科学家们已经开发出一种方法，它可以使用比平时简单得多的设置来生产量子纠缠光子网。其关键则是一个厚度只有纸的1/100的精确图案表面，它可以取代一屋子的光学设备。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1316551.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1316551.htm