根據(jù)我們在日常生活中所認識到的因果律，一件事的發(fā)生會導致另一件事的發(fā)生。但在量子領(lǐng)域，這句話并不總是正確的。根據(jù)最近的一項研究，一種新的量子裝置可以把兩起事件的順序搞亂，使它們同時在兩個順序中發(fā)生。

該研究作者之一、澳大利亞昆士蘭大學的物理學家Jacqui Romero博士表示，在日常生活中，我們習慣于思考有明確順序的事件，例如，在早上，我們可能會在洗臉前刷牙，反之亦然。但在量子領(lǐng)域，兩者都可以同時發(fā)生，這使得我們不可能知道哪一個是最先出現(xiàn)的。

為了證明這一點，物理學家制造出了一種特殊的量子裝置——量子開關(guān)。通過這樣的裝置，當一個粒子處于所有可能位置的疊加態(tài)時，將會發(fā)生多個操作。

根據(jù)這項研究，量子開關(guān)的工作原理是把光粒子通過一系列的兩種操作——標記為A和B——以此來改變光的形狀。這些光子可以沿著兩條不同的路徑在A和B之間運動。光子沿著一條路徑，A在B之前發(fā)生；而在另一條路徑上，B發(fā)生在A之前。

在實驗中，光子所走的路徑是由它的偏振方向決定的。所謂的偏振方向是指電磁波的擺動方向——上下或者左右。那些具有水平偏振方向的光子先是經(jīng)歷操作A，而那些具有垂直偏振方向的光子則先是經(jīng)歷操作B。

然而，由于反直覺的疊加態(tài)量子特性，光子可以同時具有水平和垂直偏振。在這種情況下，光子既經(jīng)歷了A先于B，又經(jīng)歷了B先于A。

量子開關(guān)想法提出者、但沒有參與這項實驗的牛津大學和香港大學的物理學家Giulio Chiribella教授表示，這一結(jié)果標志著“控制量子物理學新系統(tǒng)的第一步”。

另一個研究小組此前也建立了類似的量子開關(guān)，但這個新的量子裝置消除了模糊性。在早期的量子開關(guān)中，如果A出現(xiàn)在B之前，那么，光子會穿過儀器的一個稍微不同的部分，而不是B在A之前出現(xiàn)。這種差異使在兩個順序中同時執(zhí)行兩個相同的操作變得不那么清晰。在這個新的量子開關(guān)中，不管哪個操作先出現(xiàn)，光子都是穿過同一個點。

根據(jù)這項新研究，量子開關(guān)可能在量子通信和量子計算中很有用，它能提供一種通過在信息都被打亂的信道中進行通信的能力。

想象一下，你給朋友打電話，讓你的聲音完全失真。如果你通過另一個嘈雜的電話線發(fā)送那難以辨認的信息，你的信息仍然是什么有用信息都沒有的噪音。然而，這種情況在使用量子開關(guān)時不一定是正確的。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果光子在疊加態(tài)中通過兩個這樣的噪聲信道——在信道B之前通過信道A并且同時在信道A之前通過信道B，這樣一些信息可以被提取出來，從而實現(xiàn)通信。

Chiribella教授表示，這是他發(fā)現(xiàn)的最神奇的東西之一。

目前，這項研究已經(jīng)刊載于《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。