量子纠缠的出现是自然界中最快的过程之一。然而，今天人类有能力可以对这种几乎“瞬时”效应的时间发展进行研究了。近日，维也纳技术大学的研究人员宣布，通过一种特殊的技巧，可以在阿秒（attosecond）时间尺度上对量子纠缠进行研究。
量子理论描述了在极短的时间尺度上发生的事件。在过去，此类事件被认为是“瞬时”或“瞬时”的：一个电子围绕原子核运行——在下一刻，它突然被一道闪光撕裂。两个粒子碰撞——在下一刻它们突然被“量子纠缠”。
维也纳技术大学的研究人员与来自中国的研究团队合作，开发了可用于模拟超快过程的计算机模拟程序。这使得我们能够了解量子纠缠是如何在阿秒的时间尺度上产生的。
如果两个粒子是量子纠缠的状态，那么单独描述它们是没有意义的。即使你非常清楚地知道这个双粒子系统的状态，也无法清楚地说明单个粒子的状态。“你可以说粒子没有单独的属性，它们只有共同的属性。从数学的角度来看，即使它们位于两个完全不同的地方，它们也紧密地联系在一起，“维也纳工业大学理论物理研究所的Joachim Burgd?rfer教授解释说。
在涉及纠缠量子粒子的实验中，科学家们通常希望尽可能长时间地保持这种量子纠缠状态——这样的话，他们就有可能将量子纠缠用于量子密码学或量子计算机。“另一方面，我们还对其他事情感兴趣——我们想了解这种纠缠最初是如何发展的，以及哪些物理效应会在极短的时间尺度上发挥作用，”当前发表文章的作者之一Iva B?ezinová教授说。
研究人员观察了被极其强烈和高频率激光脉冲击中的原子。一个电子从被撕裂的原子中扯出并飞走。如果脉冲的能量足够强，原子中的第二个电子也可能受到影响：它可能被转变为具有更高能量的状态，然后围绕不同的轨道绕原子核运行。
所以在激光脉冲之后，一个电子飞走，另一个电子以未知的能量级别围绕在原子周围。“我们可以证明这两个电子现在是量子纠缠的，”Joachim Burgd?rfer说。“你只能一起分析它们——你可以对其中一个电子进行测量，并且同时了解到另一个电子的信息。”
研究团队现在已经能够证明，使用结合两种不同激光束的适当测量协议，可以成功观测到电子飞走的“诞生时间”——即它离开原子的那一刻——与留在原子周围的电子的状态有关的情况。这两个电子是量子纠缠的状态。
“这意味着飞走的电子的诞生时间原则上是未知的。你可以说电子本身不知道它是什么时候离开原子的，“Joachim Burgd?rfer说。“它处于不同的量子物理叠加态中。它既在更早的时间点也在同一时间点离开了原子。”
它“真正”是哪个时间点无法回答——这个问题的“实际”答案在量子物理学中根本不存在。但这个答案在量子物理学上与留在原子周围的电子的状态——也是不确定的——联系在一起的：如果留下的电子处于更高的能量状态，那么飞走的电子很有可能在更早的时间点被抛离原子;如果剩余的电子处于较低的能量状态，那么飞走的自由电子的“诞生时间”可能会晚一些——平均约为 232 阿秒。
这是一个几乎难以想象的短暂时间：阿秒——是十亿分之一秒的十亿分之一。“然而，这些差异不仅可以计算，还可以通过实验来测量”，Joachim Burgd?rfer说。“我们已经在与想要证明这种超快纠缠的研究团队进行研讨。”
研究表明，将量子效应视为“瞬时”是不准确的：只有当人们设法解决这些效应的超短时间尺度时，重要的相关性才会显现出来。“ 电子不只是从原子中跳出来。可以说，它像波一样从原子中溢出——而这需要一定的时间。”，Iva B?ezinová说。“正是在这个阶段发生了纠缠，然后这种量子效应便可以通过观察两个电子来精确测量其影响。”
该项目研究的成果已发表在《Physical Review Letters》期刊上。（DOI：10.1103/PhysRevLett.133.163201）
