來源：University of Glasgow上面的這張黑白照片雖然沒什么好看，然而，這些幽靈般的眼睛形狀圖案卻向我們揭示了一種奇怪的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象
來源：University of Glasgow
上面的這張黑白照片雖然沒什么好看，然而，這些幽靈般的眼睛形狀圖案卻向我們揭示了一種奇怪的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象曾經(jīng)讓愛因斯坦感到非常不安，以至于他在去世的時候都不相信這種現(xiàn)象的存在。
這張照片是第一張量子糾纏的照片，也就是那種“幽靈般的”粒子對。
格拉斯哥大學的物理學家保羅-安托萬·莫羅(Paul-Antoine Moreau)在一份新聞稿中說:“我們成功捕捉到的這張照片優(yōu)雅地展示了自然的一個基本屬性，這是我們第一次以圖像的形式看到這種現(xiàn)象。”
莫羅領導的研究小組成功創(chuàng)造了這幅圖像，并于上周五在《科學進展》(Science Advances)雜志的一項研究中發(fā)表。
量子糾纏101
量子糾纏是一種現(xiàn)已得到充分證明的觀點，即兩個微小的粒子可以被配對和分離，且仍然能夠在遙遠的距離上保持密切和即時的聯(lián)系。
根據(jù)物理定律，兩個粒子可以在一個二元的性質或狀態(tài)(就像是或者否一樣)中發(fā)生糾纏，如自旋或相位極化。但在測量到一個粒子之前，這種狀態(tài)仍然是模糊的，或者說處于“疊加”狀態(tài)。而在粒子被觀察的那個精確時刻，即使粒子之間相隔數(shù)光年，另一個粒子也會呈現(xiàn)出與它孿生粒子相反的狀態(tài)。
為了理解這個概念，我們可以先假設每個糾纏的粒子都是一個包含一只貓的盒子。里面的貓有可能是活的也有可能是死的——也就是說，直到有人打開其中一個盒子，我們才知道盒子里面的貓是死是活。如果一個盒子里的貓是活的話，那么另一個盒子里的貓就一定是死的了(反之亦然)。
愛因斯坦認為這種類似心靈傳送的效果非?；闹?，以至于他將其描述為“遠距離的幽靈行為”。
康奈爾大學研究量子力學的物理學家J.C.西莫斯·戴維斯(J.C. Seamus Davis)此前表示：“愛因斯坦接受不了這一點，直到他去世時都沒有接受這一事實，但現(xiàn)在這個現(xiàn)象已經(jīng)被證明了有數(shù)百萬次了。”
證明量子糾纏現(xiàn)象的最新一篇研究發(fā)表于2017年2月，該研究使用了600年歷史的星光，表明兩個粒子在糾纏的時刻沒法“作弊”，在被測量之前也無法共享一種狀態(tài)。
我們日常生活的經(jīng)驗根本就不能解釋這些小顆粒的糾纏現(xiàn)象，這是因為在微小的尺度上，宇宙似乎遵循著不同的物理規(guī)則，而其中許多規(guī)則是自相矛盾，違背理性的。例如，在一些量子力學的場景中，結果并不總是遵循在原因之后;事實上，在原因發(fā)生之前，結果可能就已經(jīng)發(fā)生了。
戴維斯說，被量子力學搞糊涂很正常，“我們本身進化就不是為了理解”量子力學理論和它所帶來的反直覺后果。
“但從20世紀20年代開始的數(shù)學計算和預測結果都是正確的，”他說，“這是人類歷史上最成功的科學理論。”
然而，在那幾十年里，還沒有人捕捉到量子糾纏粒子的圖像，而這就是莫羅和他的同事們計劃要做的事情。
第一張量子糾纏圖像是怎樣被拍攝下來的
被稱為光子的光粒子可以發(fā)生許多種量子效應糾纏。然而，在他們的實驗中，研究人員只選擇了一種叫做相位的量子效應。實驗中，研究人員使用紫外線激光束來照射一種會使激光中一些光子的相位發(fā)生糾纏的特殊晶體。
接下來，他們用分光器或者是半鏡面玻璃把光束分成兩個相等的“分支”。這時候，一些在晶體作用下發(fā)生糾纏的光子就會被分開。
其中一條光子分支會通過一個過濾器，這個過濾器會將粒子限制在四個相位中的一個(相位過濾器有效地測量”了光子的這個特性，因此它會立即導致粒子的糾纏粒子做出反應)。然后光子就會進入一個非常敏感的相機，這個相機能夠檢測單個光子。而另一條光子分支則會進入到相機的高速觸發(fā)裝置里。
相機傳感器只有在兩個糾纏光子同時以相反相位到達各自的探測器的時候才會記錄信息。隨著時間的推移，研究人員也就建立了一個糾纏光子撞擊相機的圖像。
研究人員預計，通過相位過濾器的糾纏光子會形成四種類似眼睛的圖案，而這也與實驗圖像所顯示的一樣。
莫羅說，這項實驗提供了更多的證據(jù)，證明量子糾纏是真實存在的，而且糾纏粒子可能會在未來的科學成像應用中派上用場。
