测试引力的量子行为：光子量子模拟

已实现的光子实验的艺术表现，其中单个光子的偏振之间的纠缠由光子路径的独立自由度介导。值得注意的是，介导纠缠代表了未来使用大质量粒子的实验的核心原理，旨在首次探测引力的量子性。图片来源：FedericoAlfano

在量子力学和广义相对论的交叉发展中，研究人员在解开量子引力的奥秘方面取得了重大进展。这项工作为未来的实验提供了新的线索，这些实验有望解决现代物理学中最基本的谜团之一：爱因斯坦的引力理论与量子力学原理的调和。

几十年来，统一这两大物理学支柱的长期挑战一直吸引着科学家们，催生了各种理论框架，如弦理论和环量子引力。然而，如果没有实验验证，这些理论仍然是推测性的。

如何测试引力的量子性质？在过去十年中，基于“引力介导的纠缠”的概念，测试引力的量子行为：光子量子模拟提出了探测引力场量子行为的有形方法。

在发表在AdvancedPhotonicsNexus上的一项研究中，一个国际研究小组实现了一个重要的目标，为未来的实验做准备，以寻求统一量子力学和广义相对论。他们的工作利用量子信息理论和量子光学的尖端工具和技术来证明使用光粒子（即光子）的重力介导纠缠的原理。

该实验涉及光子之间的相互作用，以模拟引力场对量子粒子的影响。值得注意的是，光子的某些特性，尽管从未直接相互作用，却变得纠缠在一起，展示了一个典型的量子现象：非局域性。这种纠缠是由另一个独立的光子性质介导的，反映了引力介导的纠缠的假设行为，为引力的量子性质提供了重要的见解。

重要的是，该研究还解决了检测这些实验中产生的纠缠的挑战。通过阐明此类实验中固有的约束和噪声源，研究人员为澄清概念和工具铺平了道路，这些概念和工具将用于未来旨在直接观察重力介导的纠缠的实验。

引力介导的纠缠的实验测试可能预示着我们对宇宙基本本质的理解进入了一个新时代。作者伊曼纽尔·波利诺（EmanuelePolino）在研究时在萨皮恩扎大学量子实验室担任博士后，并得到QISS联盟的支持，“这项研究的影响是深远的。它为未来量子引力实验背后的原理提供了实验验证，这些实验将作为竞争理论框架的试金石。

更多信息：EmanuelePolino等人，量子引力模拟器的光子实现，AdvancedPhotonicsNexus（2024）。DOI：10.1117/1.APN.3.3.036011