人類首次用肉眼觀測到量子糾纏現象。 人類首次用肉眼觀測到量子糾纏現象。

人類首次用肉眼觀測到量子糾纏現象。

人類首次用肉眼觀測到量子糾纏現象。

瑞士日內瓦大學的物理學家設計了一種新型量子實驗,利用人類作為光子偵測器,並首次用肉眼觀察了量子糾纏現象。

對於需要入門知識的人來說,量子糾纏是一種奇特的量子現象,它將兩個遠隔重洋的粒子聯繫起來,使得對其中一個粒子進行的任何測量都會立即改變另一個粒子的性質——即使它們相隔整個宇宙。愛因斯坦稱之為「幽靈般的超距作用」。的確,它非常奇特。

日內瓦大學的尼可拉斯吉辛指出,義大利物理學家先前曾利用糾纏光子做過有趣的事。與實驗者通常只糾纏幾個光子不同,義大利團隊糾纏了一對光子,然後放大其中一個光子,產生了一個包含數千個粒子的光子簇射,所有這些粒子都與最初那對光子中的另一個光子相連。也就是說,存在一個「微觀」光子,以及一個「宏觀」光子簇射,它們都在量子層面上相互關聯。

吉辛意識到,雖然肉眼無法看到單一光子,但卻能看到成千上萬個光子。於是,他採用了一種類似義大利人的裝置,但不同之處在於,他沒有將光子探測器放置在宏觀光子前方,而是讓自己和同事置身其中。放大器產生的光子束會出現在他們黑暗房間的兩個位置之一,這取決於他們所觀測的單一微觀光子的偏振態。一次又一次,當他們將人體觀測結果與光子偵測器的結果進行比較時,都得到了肯定的答案。

這聽起來像是一群科學家坐在黑暗的房間裡觀察閃爍的燈光,但這代表著人類首次用肉眼直接觀察到量子糾纏現象。

某種程度上是這樣。瑞士研究團隊也發現,他們觀察到的現象未必是宏觀-微觀糾纏。即使他們刻意切斷了微觀和宏觀之間的量子聯繫,然後進行「人體探測器」實驗,仍然得到了陽性結果。這是由於探測器(即使是人體探測器)的不完美性,以及貝爾測試(簡而言之,貝爾測試用於測量糾纏)中存在的漏洞。這個漏洞在少量光子中可以忽略不計,但會隨著光子數量的增加而增加。這就引入了一定程度的不確定性(如需更詳細的解釋,請點擊下方《自然》雜誌的連結)。

瑞士團隊已知的是:實驗開始時,他們擁有兩個糾纏的光子。即使放大過程中可能引入了缺陷,他們仍然能夠「看到」糾纏效應。最初的義大利研究人員(他們也發現了這個缺陷)正在設計一種新方法,利用雷射來驗證微觀-宏觀糾纏。遺憾的是,人類無法作為這些實驗的探測器,因為高度聚焦的光束將是人類最後看到的物體。

自然