证明“幽灵般”量子连接的竞赛或将产生赢家

粒子并不遵循与人类相同的规则。戳一个粒子，另一个距离很远的粒子可以立即做出反应——没有任何信息通过它们之间的空间传递，就好像两个粒子是一个一样。量子物理学对这种紧密联系的称呼是“纠缠”。

爱因斯坦称其为“令人毛骨悚然”。直到临终之日，他仍拒绝相信大自然竟然如此不合理。

但荷兰的一篇新研究论文甚至可能让相对论之父也相信他错了。该论文于 8 月 24 日在线发布，描述了第一个符合半个多世纪前制定的证明纠缠的数学黄金标准的实验。该论文尚未经过同行评审；目前正在接受科学杂志的审查，但它已经在量子物理学界引起轰动。

直至临终，爱因斯坦仍拒绝相信大自然会如此不合理。

“很遗憾爱因斯坦没能活到了解到这一点，”加拿大阿尔伯塔省卡尔加里大学的理论量子物理学家克里斯托弗·西蒙说。“宇宙并不像他想象的那么合理。”

量子探索

两个看似独立的物体可以融合成一个量子实体的想法可以追溯到 20 世纪 30 年代或更早。但直到 1964 年，物理学家约翰·斯图尔特·贝尔才首次确定了纠缠的标准。他在一本鲜为人知的杂志上发表了一篇开创性的论文，在不违背人类尺度上生命的物理学原理的情况下，设定了粒子之间行为的统计极限。

法国研究人员花了近 20 年时间才首次发现违反这一极限的行为。对许多人来说，这足以证明粒子之间已经纠缠。

但问题仍然存在。由于光探测器的限制，一些法国粒子已经失踪。此外，光子之间的距离足够近，也许可以传递秘密信息。纠缠的怀疑者指出了漏洞，并提出了其他隐藏因素。

“非凡的主张需要非凡的证据，”加拿大安大略省滑铁卢圆周理论物理研究所的理论量子物理学家马修·莱弗 (Matthew Leifer) 说道。“大多数像我一样的量子物理学家都完全相信纠缠是存在的，但也有少数人提出了其他理论。”

“非凡的主张需要非凡的证据。”

20 世纪 90 年代末，维也纳的一个研究小组将纠缠光子分开了数百米，足以解决距离问题。21 世纪初，美国科学家制造出足够好的仪器，可以追踪他们试图捆绑在一起的几乎所有带电原子，从而弥补了检测漏洞。但到目前为止，还没有人设计出一个可以同时解决这两个限制的单一、严密的实验。

西蒙说：“目前正在进行一场竞赛，多个团体都在尝试做到这一点。”

未经雕琢的钻石

罗纳德·汉森对钻石情有独钟。他和荷兰代尔夫特理工大学的团队所青睐的宝石是故意做成不完美的。实验室合成的这些宝石含有容纳未纠缠电子的缺陷。

在他们最新的实验中，荷兰科学家将两块相距四分之三英里的钻石芯片放在校园内不同的建筑物中。射入缺陷的光子与电子纠缠在一起。然后，这些光子通过光纤电缆传播，并在第三栋建筑物中相遇，研究人员试图在那里将它们纠缠在一起。当他们成功后，钻石中的电子交换了伙伴并相互纠缠，这已通过对缺陷的测量得到证实。

由于追踪电子的容易程度以及光子传播距离的远近，该实验似乎弥补了这两个漏洞。

牢不可破的互联网？

让马里兰州联合量子研究所实验量子物理学家克里斯·门罗 (Chris Monroe) 兴奋的是，这项无漏洞的贝尔测试对一种新型通信网络（即量子版互联网）非常有用。通过这种网络发送的纠缠粒子将受到保护，不会受到黑客攻击；窃听者无法在不暴露自己存在的情况下窃取信息。

门罗说：“信息的安全由物理基本定律保证。”

此类网络是否需要用钻石制成仍有待观察。在为期九天的运行中，汉森的这台闪闪发光的装置仅发射出 245 对纠缠粒子。而一个商业上可行的系统需要每分钟发射数千对或更多。

统计数据表明，如果世界没有违背经典原理，那么只有 245 个事件，结果是由偶然事件引起的，可能性为 4%，这意味着贝尔的门槛可能实际上并未被跨越。

“换句话说，他们有 96% 的机会赢得比赛，”伊利诺伊大学香槟分校的实验量子物理学家 Paul Kwiat 说道，他研究光子，也参加了比赛。“棺材钉子还不算太深，我相信不久就会有统计不确定性更低的结果。