科学家利用两颗类星体进一步验证了量子纠缠理论学术资讯

▲历史可以追溯到宇宙大爆炸后不到10亿年的类星体。

对于大多数人来说，量子纠缠是一种看似不切实际的理论，即两颗粒子无论在时空上相距多么遥远，都可以以一种违反经典物理学规则的方式紧密相连在一起。20世纪60年代，物理学家约翰贝尔（John Bell）曾计算出了一个理论极限值，只要超过这个极限，这种关联性就必须由量子理论来解释，而不是一个经典物理理论。但是有人质疑，假如这种关联不是量子纠缠的结果，而是其他一些隐藏的经典物理学现象的结果呢？这种“假如”被物理学家称为验证贝尔不等式是否成立的漏洞测试，其中最难以验证的是一个名为“选择的自由”（freedom-of-choice）的漏洞——这种可能性是，一些隐藏的、经典物理学变量可能会影响实验者选择一颗纠缠粒子进行实验时的测试结果，进而让结果看起来像是量子相关一样，但实际上它并非如此（而依然是经典物理学的表现）。

去年2月，MIT的研究小组和合作伙伴一起利用600年前产生的星光来确认两颗相互纠缠的光子性质，从而极大地限制了“选择的自由”漏洞成立的可能范围。他们的实验证明，如果是一个经典物理学的机制引起了他们所观察到的关联现象，那么它一定是在600多年前就已经开始运转了，然而那时恒星最初的光还没有被发射出来，并且也远远在这一实验被构思出来之前，所以这是不太可能的。

据《物理评论快报》（Physical Review Letters）8月20日刊发的一篇论文称，该研究团队极大地扩展了量子纠缠现象的范围，并进一步限制了“选择的自由”漏洞的可能性。研究人员以两颗距离较远的类星体为研究对象，来比较确定在配对的纠缠光子上即将采集的测量结果——其中一颗在78亿年前发出光线，而另一颗在122亿年前。他们在30000多对光子之间发现了相关性，其程度远远超过贝尔最初计算的经典物理学机制的极限。

该论文的共同作者、MIT物理学教授艾伦·古斯（Alan Guth）介绍道：“如果是某种实际上基于经典物理学机制的‘阴谋’正在模拟量子力学现象，那么这个机制必须至少在78亿年前就开始运作了——而且这个‘阴谋家’还得通过某种方式获知了这个实验将于何时、何地以及用何种方式进行。然而，这似乎是极端难以自圆其说的，所以我们有强有力的证据表明量子力学理论是这一现象正确的解释。”

然而，“选择的自由”漏洞仍有一个尚未被堵上的小小缺口。为了进一步限制它的范围，研究小组想出了一个有趣的主意：回溯到更久远的过去，利用宇宙微波背景中的光子等光源来进行实验，这些光子是在宇宙大爆炸后作为残余辐射被释放出来的，尽管这样的实验将会带来一系列新的技术挑战。

凯瑟教授强调：“想象我们可以在未来设计的新型实验是很有趣的，不过就目前而言，我们很高兴能够针对这个特定漏洞采取行动。我们利用类星体的实验对其他各种排除量子力学可能的解释施加了极其严格的限制范围。尽管量子力学听起来很奇怪，但它仍然一如既往地与我们能够设计的每一个实验测试结果不谋而合。”

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编译：朱明逸审稿：alone 责编：张梦

期刊来源：《物理评论快报》

期刊编号： 0031-9007

原文链接： https://phys.org/news/2018-08-ancient-quasars-quantum-entanglement.html