量子网络探测弯曲时空中的量子效应

  据最新一期《物理学评论X辑—量子》杂志报道，美国史蒂文斯理工学院、伊利诺伊大学香槟分校和哈佛大学的研究团队，提出了一种利用量子网络测试量子理论如何在弯曲时空中表现的新方法。这项研究首次将量子网络引入基础物理问题实验，具有重要意义。

量子互联网联盟将构建先进的欧洲量子互联网生态系统。图片来源：“欧洲量子互联网联盟”官网

  广义相对论认为，引力并非传统意义上的“力”，而是由质量导致的时空弯曲。这种弯曲会让靠近星球的时钟变慢，这一现象已被精密实验反复验证。但一个重要的问题仍未解决：当时间流动发生变化时，它会如何影响量子世界？是否在某些极端条件下，量子理论或广义相对论需要修正？尽管完整的“量子引力理论”尚未建立，一些理论已提出，在弯曲时空中量子机制可能会发生变化。然而，受限于实验手段，至今未能对这一前沿问题进行确切检验。

  研究团队曾提出，量子网络已具备用于探测弯曲时空中量子行为的实验条件。他们展示了量子力学与引力的两个核心特性如何在同一个系统中同时发挥作用。量子力学允许粒子处于叠加态，量子计算正是基于这种“同时是0也是1”的状态构建量子比特。量子网络能将这些叠加态的量子比特分布在远距离的多个节点。

  在地球附近，这些量子比特也会受到弯曲时空的影响，因为时间流本身会发生变化。如果将“原子钟”制成量子叠加态，并通过量子网络连接起来，这些钟将以叠加的方式感知不同的时间流速。这为探索量子理论和弯曲时空如何交织打开了大门。

  团队与实验小组合作设计了具体实验方案，利用纠缠态W态在网络节点间分布量子信息，并借助量子隐形传态和贝尔态纠缠等技术，实现了对弯曲时空量子理论的检验。

  研究结果表明，量子网络不仅是未来量子互联网的实用工具，而且还为研究经典传感技术无法实现的基础物理提供了独特的机会。至少，现在科学家可以检测量子力学在弯曲时空中的行为。（记者 张佳欣）