瑞士日内瓦大学的物理学家们设计了一种新型量子实验,将人类用作光子探测器,并首次 用肉眼 使量子现象“纠缠”变得可见。
对于需要入门知识的人来说,纠缠是一种奇特的量子现象,它能在遥远的距离上连接两个粒子,使得对一个粒子的任何测量都会立即改变另一个粒子的性质——即使它们被整个宇宙分隔开。爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。这确实很诡异。
日内瓦大学的 Nicolas Gisin 指出,意大利物理学家此前对纠缠光子做了一些有趣的研究。意大利团队没有像实验者通常那样只纠缠几个光子,而是纠缠了一对光子,然后放大了其中一个,创造出一个包含数千个粒子的光子“Shower”(淋浴),所有这些粒子都与原始对中那个单独的另一个光子相连。也就是说,有一个“微观”光子,以及一个“宏观”的光子Shower,所有这些在量子层面都被联系在一起。
Gisin 意识到,虽然肉眼看不见单个光子,但肯定能看见数千个。因此,他使用了与意大利人类似的方法,但不是在宏观光子前面放置光子探测器,而是将自己和同事们置于那里。放大器产生的光子束会根据赋予其微观单光子的偏振状态,在他们黑暗房间的两个位置中的一个出现。一次又一次,当人类的结果与光子探测器进行比对时,他们都得到了阳性结果。
这听起来可能像一群科学家坐在黑暗的房间里看着闪烁的灯光,但这代表了量子纠缠第一次被肉眼直接观察到。
某种程度上来说。瑞士团队还发现,他们所观察到的不一定是宏观-微观纠缠。即使他们故意打破了宏观和微观之间的量子联系,然后进行了“人类探测器”实验,他们仍然得到了阳性结果。这是由于探测器(即使是人类的)不完善以及所谓的贝尔检验(简单来说,它用于测量纠缠)中的一个漏洞,这个漏洞在少量光子时可以忽略不计,但随着光子数量的增加而增大。这引入了一定程度的不确定性(要更好地解释这一点,请点击下面的 Nature 链接)。
瑞士团队确实知道的是:他们开始时有两个纠缠的光子。尽管放大过程中可能引入了缺陷,但他们仍然可以“看到”纠缠的影响。原始的意大利研究人员(他们在研究中也检测到了这个缺陷)正在开发一种新方法,用激光来验证宏观-微观纠缠。不幸的是,在这些实验中不能使用人类作为探测器,因为高度集中的光束将是这些人类看到的最后一件事。