一项涉及37维度的量子物理实验揭示了量子世界的非经典性，为量子计算和信息处理的未来提供了新视角。
一项探索粒子最具悖论性量子状态的实验，推动科学家构建了一个37维度的极限量子实验。
光子作为量子物理的载体，曾被用来验证一个极端版本的量子悖论，证明量子物理的非经典性比许多人想象的更加深奥。
在这项实验中，技术大学的Zhenghao Liu和他的团队专注于Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)悖论，证明量子粒子可以在超过30年的时间里保持跨越遥远距离的纠缠。在这个悖论的简单版本中，三颗粒子通过量子纠缠相连，纠缠使得一个粒子的状态能通过与另外两个粒子交互获得信息。
从数学证明和实验验证来看，如果粒子仅在相互接近时才能互相影响，就会导致数学上的不可能情况，也就是所谓的“远距离鬼魅作用”被禁止。事实上，悖论可以通过一个计算得出1和-1相等的结果，而这显然是不可能成立的。20世纪90年代，物理学家意识到，避免这种不可能情况的唯一办法就是接受粒子可以参与量子层面的“鬼魅作用”。
Liu和他的团队希望构建这个悖论的最极端版本，特别是，他们想要找到在GHZ实验中，光子(或称为光粒子)的行为与纯粹经典粒子之间最显著的区别。他们的计算表明，光子必须处于如此复杂的量子状态，仿佛它们存在于37个维度中。就像你现在的位置必须参考我们世界的三个空间维度和一个时间维度一样，每个光子的状态也必须用37个这样的维度来确定。
于是，研究人员通过将GHZ悖论的多维版本转化为一系列非常一致的光脉冲(这些光脉冲的颜色和波长非常均匀)来测试这一想法，并利用这些光脉冲进行操控。
Liu表示：“光所编码的状态以及对其进行的测量，都是由量子物理下的相同数学原理所支配。我们的实验因此能够产生量子世界中最具非经典效果的一些现象。”这种“量子模拟”极具技术挑战性，需要非常稳定和精确校准的设备。
德国Siegen大学的Otfried Gühne表示：“这是‘永恒的结果’，因为它在百年后仍然具有意义。”他认为，除了探讨量子物理的极限外，这项新的工作还可能对量子光态和原子的量子信息处理、量子计算等领域产生重要影响。
Liu也表示，下一步他们的研究方向是：如何通过将信息编码到类似其团队所研究的量子状态中，来加速计算过程。
本文译自 New Scientist，由BALI编辑发布。
