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突破性研究:量子尺度上首次驗證守恒定律

2025-07-02
來源:IT之家

7 月 2 日消息,科技媒體 phys 于 6 月 24 日發布博文,報道稱科學家通過實驗,首次在量子尺度驗證了物理學核心要義之一--守恒定律,為開發應用于計算、通信和傳感領域的復雜量子態提供了全新思路。

注:守恒定律是自然科學的基石,它界定了物理過程中“可行”與“禁行”的邊界。就像臺球碰撞時,運動線性動量會在球體間傳遞,旋轉物體則遵循角動量守恒定律。光同樣具有角動量特性,特別是與光的空間結構相關的軌道角動量。

這項實驗表明在量子世界中,單個光子(Photon)具有明確的角動量量子(OAM),在光與物質的相互作用中需要被守恒。

根據守恒定律,在具有零 OAM 的光子分裂成兩個光子后,這兩個光子的 OAM 量子之和必須為零。因此,如果一個新生成的光子具有一個 OAM 量子,其配對光子必須具有相反的,即負的 OAM 量子。換句話說,1 + (-1) = 0 的簡單公式必須成立。

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盡管這些守恒規則已經在激光的多種光學實驗中得到驗證和利用,但它們從未在單個光子中得到測試。研究報告的主要作者 Dr. Lea Kopf 解釋說:“我們的實驗表明,即使過程是由單個光子驅動的,OAM 確實守恒。這確認了基于過程對稱性的最基本層面的關鍵守恒定律。”


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