原標(biāo)題：英國(guó)團(tuán)隊(duì)拍到了“量子糾纏照片”：孿生光子組成的指環(huán)

量子糾纏在愛(ài)因斯坦的口中是一種“鬼魅般的遠(yuǎn)距離作用”，兩個(gè)粒子無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，都存在關(guān)聯(lián)感應(yīng)，一個(gè)變化另一個(gè)也變化。

有些人用這樣的比喻來(lái)幫助理解量子糾纏：如果你從上海到北京出差，打包時(shí)遺漏了一只手套。你到北京取出了一只左手手套，瞬間就可以確認(rèn)遺漏在上海的那一只手套一定是右手的。

近日，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)·進(jìn)展》上發(fā)表研究指出，他們利用直觀的圖像信息證明了量子糾纏的存在。這樣的思路并非首次實(shí)現(xiàn)，只是，格拉斯哥大學(xué)團(tuán)隊(duì)此次在不同的維度上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

下面這張看起來(lái)神似太極圖的黑白圖像，并非像有些讀者直觀理解的那樣是兩路處于糾纏態(tài)的光子，而是其中一路光子的分布圖像。在另一路糾纏光子的遠(yuǎn)程影響下，圖像呈現(xiàn)為一分為二的指環(huán)狀，表明兩路光子的狀態(tài)改變是一致的。

黑色中間線的角度體現(xiàn)了光子的相位信息。實(shí)驗(yàn)共拍攝到了四幅這樣的圖像，角度各不相同，體現(xiàn)的是4種不同的相位。

量子糾纏

量子是物理學(xué)中不可再分的基本單元，由德國(guó)物理學(xué)家普朗克在1900年首次提出。比如，光子就是量子性的，不存在“半個(gè)光子”的說(shuō)法。

科學(xué)家們?cè)诹孔舆@個(gè)維度的世界上，發(fā)現(xiàn)了許多奇妙的現(xiàn)象，經(jīng)典物理學(xué)在這個(gè)世界轟然崩塌。其中，疊加態(tài)就是一種奇妙的表現(xiàn)，一個(gè)光子可以同時(shí)處于兩個(gè)相位的疊加，就像薛定諤那只著名的“既生又死”的貓。而一旦對(duì)該光子的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，它就會(huì)隨機(jī)坍縮到其中一種狀態(tài)。

愛(ài)因斯坦反感這種“上帝擲骰子”一般的解釋?zhuān)筒ǘ酄査够?、羅森一起提出了量子糾纏的概念。根據(jù)量子力學(xué)理論，兩個(gè)甚至多個(gè)粒子可以一起處于疊加態(tài)，這種情況下每一個(gè)粒子的狀態(tài)就不是獨(dú)立的了，都依賴(lài)別的粒子的狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)本文開(kāi)頭所述的“你變我也變”的現(xiàn)象。

然而，同樣是根據(jù)量子力學(xué)理論，這些粒子的疊加態(tài)和它們之間的距離沒(méi)有關(guān)系，無(wú)論多遠(yuǎn)都是瞬間改變。但是，狹義相對(duì)論是不允許瞬時(shí)傳遞信息的。

愛(ài)因斯坦以為用這種方法就能證明量子力學(xué)是不完備的。他覺(jué)得，一定有一種未知的“隱變量”起到了作用，給光子們通風(fēng)報(bào)信，幫助它們“作弊”。

然而，愛(ài)因斯坦這一次錯(cuò)了。后世的科學(xué)家們不斷進(jìn)行更長(zhǎng)距離的量子糾纏實(shí)驗(yàn)，來(lái)證明鬼魅般的遠(yuǎn)距離作用真的存在。一些研究團(tuán)隊(duì)甚至利用幾百萬(wàn)光年外的星星來(lái)做實(shí)驗(yàn)室，如果光子們真的有“作弊”的方法，就得穿越到幾百萬(wàn)年前串通好。

孿生光子

這次英國(guó)格拉斯哥大學(xué)團(tuán)隊(duì)試圖巧妙地利用鬼魅般的遠(yuǎn)距離作用，形成兩路光子間鬼魅般的遠(yuǎn)距離干涉，用照相機(jī)直觀地拍下它們“心靈相通”的情形。

實(shí)驗(yàn)裝置具體是這樣設(shè)計(jì)的：一個(gè)紫外光子通過(guò)了偏硼酸鋇（BBO）晶體后，變成了一對(duì)相互糾纏的紅光光子。它們通過(guò)分束器后分道揚(yáng)鑣，沿著兩條光路傳播。

其中，光子A穿過(guò)空間光調(diào)制器1改變相位信息，經(jīng)單模光纖收集后被單光子探測(cè)器探測(cè)到，觸發(fā)另一路上的照相機(jī)。光子B則通過(guò)空間光調(diào)制器2后，進(jìn)入一條延長(zhǎng)線等待被拍攝。

該實(shí)驗(yàn)精妙的地方，在于光子A觸發(fā)照相機(jī)拍攝時(shí)，與它相糾纏的光子B會(huì)剛剛好被照相機(jī)拍到。由于處在糾纏的狀態(tài)，一個(gè)光子的相位改變也會(huì)使另一個(gè)光子發(fā)生相應(yīng)變化。大量光子疊加得到的指環(huán)狀圖案表明，光子之間確實(shí)存在一致的相位變化。

主導(dǎo)該研究的莫羅（Paul-Antoine Moreau）表示：“我們捕捉的圖像是對(duì)自然界基本屬性的一種優(yōu)雅展現(xiàn)，且是首次以圖像的方式呈現(xiàn)?！?/p>