量子力學不斷挑戰我們的經典物理認知，揭示了一系列超越日常直覺的奇異現象。其中，最令人費解的現象之一便是非局域性，即兩個糾纏粒子可以瞬間影響彼此的狀態，無論它們之間的距離多遠。發表在PRL上的論文《測試兩個量子存儲器之間的非局域能量改變》標志著該領域的一項重要實驗進展，該研究首次實驗證實了量子系統中非局域能量分布的變化。

理論背景

該實驗的核心現象是量子糾纏，即粒子間的一種奇異關聯狀態，使得對一個粒子的測量會立即影響另一個粒子的狀態。量子糾纏最初被用于研究自旋或偏振態，其實驗驗證主要受貝爾定理的啟發，表明愛因斯坦所質疑的“鬼魅般的遠距作用”確實存在。然而，糾纏不僅限于概率狀態的非局域變化，還可能影響更具體的物理量，如能量。這一實驗正是針對這一問題展開研究，探討能量是否也能在糾纏系統中非局域地被改變。

量子存儲器是量子計算與量子通信中至關重要的組成部分，它們能長期存儲量子信息，并允許后續的操作和讀取。在該實驗中，研究人員使用了兩個量子存儲器，每個存儲器存儲了量子激發態。通過操縱其中一個存儲器的光子探測過程，研究人員試圖觀察遠程存儲器中能量的變化是否能夠非局域地發生。

修改后的干涉儀實驗

為了研究非局域能量變化，研究團隊設計了一種改進的干涉儀實驗裝置。其核心結構類似于馬赫-曾德爾（Mach–Zehnder）干涉儀，但其關鍵區別在于實驗中使用了兩個量子存儲器作為干涉儀的可控節點。

在實驗過程中，一個量子存儲器通過拉曼散射過程生成斯托克斯光子，同時另一個存儲一個原子激發。由于這兩者在量子層面是糾纏的，探測斯托克斯光子的行為將會對遠程量子存儲器中的原子激發狀態產生非局域影響。研究人員調整斯托克斯光子的探測方式，以觀察遠程量子存儲器中原子激發狀態的變化。

主要實驗發現

實驗的核心發現是：通過操控一個量子存儲器的光子探測方式，遠程存儲器的能量狀態發生了可測量的變化。這一現象首次實驗證明，非局域性不僅體現在概率分布上，也可能影響物理能量分布。

該實驗結果支持了包括德布羅意-玻姆理論等量子力學解釋。根據這些理論，量子粒子伴隨著一個導航波（pilot wave），而該波動可以非局域地受到遠程粒子的影響。實驗結果與這些理論預測一致，進一步支持了量子非局域性的廣泛適用性。

盡管觀察到了非局域的能量轉移，研究結果仍然符合狹義相對論的基本原則。實驗表明，盡管量子糾纏允許遠程能量分布的改變，但其本質是量子相干性的體現，并不違反光速限制。

更廣泛的影響與未來研究方向

非局域能量改變的發現可能在量子計算、量子通信和量子網絡等領域帶來革命性進展。例如，通過利用糾纏態進行能量調控，可以在分布式量子計算架構中實現更高效的能量管理。該技術或可用于提高量子存儲器的效率，并優化量子通信中的能量傳輸方案。

該實驗還涉及量子力學的基本問題，即現實的本質。傳統觀念認為，能量是一個局域屬性，但該研究表明，能量在糾纏系統中可以非局域地變化。這一發現挑戰了經典物理學的基本假設，并可能促使科學家重新審視量子世界的本質。

結論

這篇論文是量子物理實驗研究的一項重要突破。該實驗首次證實，能量這一基本物理量可以在量子系統中非局域地改變，這一發現進一步拓展了量子糾纏的適用范圍。

該研究不僅豐富了量子力學的理論框架，同時也對量子計算、量子通信等前沿技術的發展具有重要影響。隨著未來研究的深入，科學家們或將進一步揭示量子世界的神秘特性，并推動人類對自然界基本規律的認知邁向新的高度。