拍摄到的量子纠缠照片

明曲

科学家发明照妖镜，量子纠缠原形毕露

转自： 量子科学

量子纠缠想象图

　　量子科学技术一直在艰难的探寻中前行。2019年7月12日，格拉斯哥大学的物理学家，首次捕捉到量子纠缠的照片，为鬼怪一般的量子纠缠现象提供了视觉证据。研究成果发表在《科学进展》上。这一技术将可以用于革新量子计算的新兴领域，带来新型的成像方法。

两个纠缠的光子照片（图片来源：Moreau et al., Science Advances, 2019）

　　格拉斯哥大学的物理学家设计了一台超灵敏的照相机，能够探测到单个光子，只有当它看到一个光子和它纠缠的“孪生子”时，才能拍摄到图像，这就创造了光子纠缠的可见记录。

能够检测到单个光子的超灵敏照相机（ 图片来源：Moreau et al., Science Advances, 2019）

　　量子纠缠，是经典物理学家深恶痛绝的鬼怪现象。量子纠缠这个概念，最初是由它的反对者提出来的。以爱因斯坦为代表的旧量子派，为了驳斥新量子派提出的那些稀奇古怪的概念，联合博士后罗森、研究员波多尔斯基，设计出一个被后人称为“EPR佯谬”的假想实验，试图验证量子力学的不完备性质。

这个思想实验的设计大概如此：

　　假设有一个零自旋中性π介子，自发衰变成一个电子与一个正电子，并各自朝着相反方向移动。爱丽丝负责观测电子，鲍勃负责观测正电子。

　　在不做观测的情况下，电子自旋有上旋和下旋两种可能状态，两种状况叠加在一起，每一种状况都有可能发生；正电子自旋也有上旋和下旋两种可能状态，两种状况叠加在一起，每一种状况都有可能发生。

　　如果爱丽丝对电子做了观测，电子自旋的叠加态就会坍缩，要么是上旋，要么是下旋。同样，如果鲍勃也对正电子做了观测，正电子自旋的叠加态就会坍缩，要么是上旋，要么是下旋。

　　如果爱丽丝观测到电子自旋为上旋，鲍勃观测到正电子自旋为下旋，或者爱丽丝观测到电子自旋为下旋，鲍勃观测到正电子自旋为上旋，就没有问题。因为这样的观测结果遵守能量守恒定律。

　　如果爱丽丝观测到电子自旋为上旋，鲍勃观测到正电子自旋也是上旋，或者爱丽丝观测到电子自旋为下旋，鲍勃观测到正电子自旋也是上旋，就严重违背了能量守恒定律。

　　按照爱因斯坦他们的假设，一个电子与一个正电子分离后，就变成了两个独立的系统，不会相互干涉。因此，根据量子力学的不确定性原理，上述实验违背能量守恒定律的情况一定存在。

　　朋友们一定要注意，EPR佯谬并没有全盘否定量子力学的准确性，它只是质疑量子力学的不完备性。旧量子派坚持局域实在论，认为两个纠缠的量子系统之间，一定还存在着某种隐形的东西，把两个系统联系在一块儿，只是没有被观察到而已。看见格拉斯哥大学的物理学家拍摄的光子纠缠照片，似乎感觉EPR佯谬论证并非完全没有道理。

　　或许，我们应当重新理解时空和物质。我们站在观察者的角度，认为两个相互纠缠的量子系统相距遥远。如果从两个纠缠的量子系统自身角度看，它们真的相距遥远吗？例如，有人按照爱因斯坦的相对论原理，推导出一个光子从Ａ星系运行到Ｂ星系，即便相隔几百亿光年，所需时间都是零。这不仅只是烧脑的问题了，它需要我们变革即有的时空直觉和物质观念。