量子網絡探測彎曲時空中的量子效應

科技日報北京7月15日電 （記者張佳欣）據最新一期《物理學評論X輯—量子》雜誌報道，美國史蒂文斯理工學院、伊利諾伊大學香檳分校和哈佛大學的研究團隊，提出了一種利用量子網絡測試量子理論如何在彎曲時空中表現的新方法。這項研究首次將量子網絡引入基礎物理問題實驗，具有重要意義。

廣義相對論認為，引力並非傳統意義上的“力”，而是由質量導致的時空彎曲。這種彎曲會讓靠近星球的時鐘變慢，這一現象已被精密實驗反覆驗證。但一個重要的問題仍未解決：當時間流動發生變化時，它會如何影響量子世界？是否在某些極端條件下，量子理論或廣義相對論需要修正？儘管完整的“量子引力理論”尚未建立，一些理論已提出，在彎曲時空中量子機制可能會發生變化。然而，受限於實驗手段，至今未能對這一前沿問題進行確切檢驗。

研究團隊曾提出，量子網絡已具備用於探測彎曲時空中量子行為的實驗條件。他們展示了量子力學與引力的兩個核心特性如何在同一個系統中同時發揮作用。量子力學允許粒子處於疊加態，量子計算正是基於這種“同時是0也是1”的狀態構建量子比特。量子網絡能將這些疊加態的量子比特分佈在遠距離的多個節點。

在地球附近，這些量子比特也會受到彎曲時空的影響，因為時間流本身會發生變化。如果將“原子鐘”製成量子疊加態，並通過量子網絡連接起來，這些鍾將以疊加的方式感知不同的時間流速。這為探索量子理論和彎曲時空如何交織打開了大門。

團隊與實驗小組合作設計了具體實驗方案，利用糾纏態W態在網絡節點間分佈量子信息，並藉助量子隱形傳態和貝爾態糾纏等技術，實現了對彎曲時空量子理論的檢驗。

研究結果表明，量子網絡不僅是未來量子互聯網的實用工具，而且還為研究經典傳感技術無法實現的基礎物理提供了獨特的機會。至少，現在科學家可以檢測量子力學在彎曲時空中的行為。