由于光子對的頻率波長不異、方向相同,只有偏極方向相反(精確來説,是相垂直,不過這在理論邏輯上不主要),所以要拆分它們,只能凴偏極偏向來選擇翻譯剛好偏極分光鏡就是專門幹這件事的,於是光子對被分別送給DM1和DM2反射之後,經過PI(Piezo Steering Mirror)聚焦,再插手Beacon Laser(燈標激光,墨子衛星用綠光,地面站用紅光)送往目標地,完成貝爾實行。
總結來説,墨子衛星的物理是毫無問題的;工程上的質疑,則必需有根據,而今朝完全沒有,那末就不該該無的放矢。對潘建偉團隊的工作,如果有否決的聲音,只能專注在運用層面上;這一點我已在前一篇文章仔細接洽過了。
上圖來自潘建偉團隊在2017年揭曉於《Science》的墨子衛星論文;PL是Pump Laser(激光源),波長405納米(嚴厲來説是近紫外綫,“藍光”只是對短波長光子的通稱);Isolator負責阻撓光子重返激光共振腔;HWP是Half Wave Plate,QWP是Quarter Wave Plate,它們在光學嘗試裏被廣汎用來調整偏極的相位;DM1和DM2是Dichromatic Mirror,選頻反射鏡,它們必需對810納米的出射光子有極高的反射率,但是對405納米倒是透明翻譯
1990年代末,Weihs和Zeilinger所創的第三代貝爾嘗試,本來所用的非綫性光學晶體是BBO(β-BaB2O4),它所產生的光子對,自然就會有個小夾角(大約6°),要星散它們很輕易。PPKTP的亮度和聚焦性都比BBO好良多,可是它所產生的光子對卻是完全同向的,所以會一起繼續完成上圖中的三角形環路,直到又遭受了上面提過的偏極分光鏡。
上面這個邏輯闡述,有其道理,但是問題在於它假定糾纏光子對只走一個偏向(順時針或逆時針)。但是稍早,我已經提過,入射的高頻光子,在進入三角形環路的時候,也必需經由過程阿誰偏極分光鏡,假如這個光子原本就處在綫性偏極標的目的不確定的相干態(事實上潘建偉的論文提到他們必需把高頻光子先希奇用QWP轉化為圓極化的本徵態,Circularly Polarized Eigenstate,其目的固然沒有明説,但我認爲應當就是爲了保證在綫性偏極標的目的上處於相干態),那麽全部環路,包括出射光子對在内,也會處於順時針和逆時針相叠加的相干態。而這個環路的設計,就是順時針的折射=逆時針的經由過程,反之亦然。
爲了完全消弭任何人心中的疑慮,我在此具體接洽(這個話題的邏輯,連物理教授都邑走偏,長短常專業的,所以非理工請勿入)這些指控中,最焦點的誰人,亦即糾纏光子對是由偏極分光鏡(Polarization Beam Splitter,PBS)根據偏極偏向拆分成兩個,然後才能分開送出給兩地的偵測器。這些人認爲,既然分光鏡對偏極偏向做了“丈量”,那末憑據量子力學的道理,相干性消逝,這對光子的偏極性必定會失去量子糾纏態,成為古典的“一左一右”(否決者假定了光子的偏極是閣下旋的體式格局,其實這些貝爾實行所用的光子對,偏極是綫性的;不外這個細節在邏輯上其實不重要)。
反對者的論點就在於,本來PPKTP產生的光子對有偏極相反的糾纏,它們的量子態可以寫爲|H>|V>+|V>|H>(H是程度偏極態,V是垂直偏極態,|H>|V>指一號光子有程度偏極、二號則是垂直偏極,|V>|H>倒置過來,二者叠加在一路,就不克不及被寫成兩個零丁粒子態的簡單張量乘積,換句話説,成爲糾纏態);偏極分光鏡把垂直(這裏的水平和垂直,我取相對於實行桌,所以“垂直”指的是凸起上圖紙面的方向)偏極的光子折射90°,程度偏極的光子則直綫通過,所以已進行了偏極偏向的測量,打破了糾纏,光子對的量子態成爲古典的|H>|V>或|V>|H>,後續的嘗試就不行能施展闡發出量子現象,貝爾實驗必須失敗翻譯
我在一入手下手研究這個問題的時刻,就感覺這個使用PSI的解決方案特別很是伶俐(Clever);後來發現它的確是由好幾個國際團隊在2000年月,一再測驗考試、精益求精,才完美獲得的。有樂趣深切研究的讀者,可以參考Zeilinger在2007年所寫的這篇總結論文https://www.univie.ac.at/qfp/publications3/pdffiles/2007-24.pdf翻譯曩昔十年,全球貝爾嘗試的精度和距離,都突飛大進,最首要的進獻,就來自從BBO改爲PPKTP+PSI的設計改善,潘建偉的團隊也不破例。
又有讀者回響反映,對潘建偉的攻讦還有第三類,就是懷疑他實行中有貓膩,可能造假翻譯這是很嚴重的指控;爲了做出准確的剖析,天成翻譯公司又重讀了幾遍那篇2017年墨子衛星的論文,並和Zeilinger的幾篇老文章做比較。而今天成翻譯公司可以有決心信念地說,潘建偉的實行設計,完全依據學術界的主流,物理上絕對沒有問題翻譯他們的後果,驚人的處所,在於工程的精度極高,特別是整合到衛星上,防震必需做得完善;邏輯上不克不及絕對破除工程方面有造假的可能性,可是事實上並沒有任何證據或暗示,所以也就沒有來由做這樣的指控。
來自PL的高頻光子經由過程Isolator、HWP、QWP和DM1以後,打入偏極分光鏡(PBS)。這個PBS憑據入射光子的綫性偏極標的目的,決定將其做直角折射或允許直綫通過,所以光子進入圖片左側的三角形環路時,可所以順時針地繞,也能夠是逆時針地繞;這類環路叫做Polarization Sagnac Interferometer,PSI,熟習兵工手藝的讀者可能見過,由于所謂的激光陀螺儀,就是三個PSI,對應著XYZ三個軸向翻譯在這裏,非論是順時針或逆時針,405納米的光子都必須穿過一塊非綫性光學晶體,材質是PPKTP(Periodically Poled KTiOPO4),在此顛末所謂的Half-Harmonic Generation(又叫Down Conversion)。簡單來説,這類晶體能把一個入射光子轉化成一對頻率減半的810納米光子,並且出射光子對在偏極偏向上有著相反性的糾纏。
所以糾纏光子對的完全量子態描寫,在斟酌偏極分光鏡之前是:|s翻譯社H>|s,V>+|s翻譯社V>|s,H>+|n翻譯社H>|n,V>+|n,V>|n,H>,這裏s代表順時針,n代表逆時針。若是天成翻譯公司們把抵達DM1的光子稱爲一號,DM2稱爲二號,那末量子態在斟酌偏極分光鏡以後,成爲|s,V>|s翻譯社H>+|n,H>|n,V>翻譯既然我們沒有去測量順時針照舊逆時針,這個自由度並沒有成爲肯定的物理量,所以可以疏忽不計,於是量子態還是成爲|V>|H>+|H>|V>,恰是貝爾實驗所需的糾纏態。
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