亚当·李维：不过，贝尔本人并没有去完成他所提出的测试。究竟是在什么时间才有人真正地进行了一场能够明显说明粒子确实是以这种幽灵般的方式相互纠缠的实验的呢？
尼古拉斯·吉辛：是的。所以约翰·贝尔是一位理论学家，他并不知道怎样去完成实验。我们只能再等10年，直到1970年代，约翰·克劳泽首次得到了当测量方式略有不同时，两个粒子在很大的概率下具有完全相同的测量结果的实验结果。
亚当·李维：约翰·克劳泽是通过操作钙原子，来获得两个明显处于纠缠状态的光子，从而完成贝尔测试的。这些光子，类似于抛硬币般，被使用稍有不同的方式测量，在这里意味着去测量光的偏振方向，即光波的摆动方向。基于这样的实验，克劳泽能够观察到两个光子产生相同测量结果的频率。实验的结果确实与贝尔不等式相悖，这就表明这些光子的确处于纠缠状态。爱因斯坦的假设似乎是错误的。
尼古拉斯·吉辛：这绝对是一个了不起的结果。不过约翰·克劳泽还面临着不止一处麻烦。
首先，在美国海岸的对岸，还有其他人在约翰·克劳泽之后也进行了这一实验，不过他得到了另一个不同的结果。很明显，这两个结果之中有一个是错误的，但是你怎么会知道哪一个才是错误的？
另外，在1970年代，没有人会把它当做一个严肃的物理问题。正因如此，没有任何大学愿意将约翰·克劳泽提拔为教授。他的职业生涯被严重地阻碍了，就因为他是首个完成贝尔测试的人。
后来又有另一项实验，但这已经是1980年代的事情了。所以你会发现，每次重大的实验都要再经过10年左右的时间。
这一次实验由阿兰·阿斯佩和他的同事在法国巴黎完成。他们的实验做得更好，质量也更高，尽管耗时也更长。在一定程度上他们解决了这一问题，并证明了量子力学的观点。自此，量子纠缠不再停留于理论，而是被确立为自然界的一种真实特征。
亚当·李维：这些实验最终证明了量子力学的观点，并否认了爱因斯坦的怀疑，表明“幽灵般的超距作用”是一种自然存在的现象。但我想事情并没有就此结束。在当时，还有一些没有解释清楚的地方需要解决，也就是我们所说的漏洞。
相比于说对彼此的测量结果产生瞬时影响，粒子也许还会有一些隐藏的手段，允许它们提前制定计划来欺骗测试。物理学家把这种可能存在的粒子欺骗行为称为局域变量。您能说明一下为了消除这些漏洞，以确定量子纠缠是自然界的真实特征而做的努力吗？
尼古拉斯·吉辛：在阿兰·阿斯佩的实验中，最主要的漏洞源自于实验中产生光子对的过程。
当然，你不会把它们送到日内瓦和美国，但是你会把它们发射到大的实验室的两端，令它们保持10米左右的间距。随后，你需要对它们进行测量。
然而在真实的实验中，当你在进行这些测量时，很有可能得不到任何结果，仅仅因为光子在途中丢失，或者探测的结果受限于探测器自身的效率。一个光子很容易丢失或者检测不到。所以你确实可以认为，是这些假定的局域变量决定了光子在什么时间才能够被检测到。你也许可以解释实验的结果，但其实一切都是由局域变量引导并驱使的。
因此，这一点仍然需要进一步的测试。在阿兰·阿斯佩之后将近30年，在2015年进行了额外的测试。我们用了很长的时间才得到了性能足够好的单光子探测器。
亚当·李维：这次测试有效地使用了光子和电子的组合来绕过检测的问题，允许测量相距超过1公里的纠缠粒子对。从那时起，大量其他形式的贝尔测试不断出现以修补量子纠缠的其他漏洞。而这些测试采用了从卫星到电脑游戏等几乎一切手段，不断地推动着这一领域的极限。
但是如果说物理学家进行这些实验的初衷，仅仅是因为粒子可能以某种方式密谋欺骗实验结果，从而让我们误以为它们的行动如同幽灵一般，这样的想法是不是会显得太偏执？
尼古拉斯·吉辛：物理学家确实很偏执。然而，贝尔不等式的不成立意味着量子理论的这一特点不仅仅是某一理论的特征，更是自然界的一种特征。所以它改变了物理学所展示给我们的世界观。这一巨大的变化是一场概念上的革命，因此，能够决定光子何时才能被探测到的局域变量，即便只是假定的，也值得我们的关注。
所以，我认为深入到底的研究确实是有意义的。要记住，物理学其实只是一门实验科学，仅仅思考理论是不够的，你也必须要做一些实验。因此我认为这样的工作是很有意义的。但我也同意说，几乎没有一个人，也几乎没有一个实验学家相信自己可以证伪量子力学。尽管这样的工作也是有意义的。
量子纠缠对我们的生活意味着什么？
发表于 2023-9-19 01:33
