這幾天，物理學(xué)又搞出新聞了。

"幽靈般的超距作用"又添新劇情

還記得那個讓愛因斯坦抓狂到揪自己頭發(fā)的"幽靈般的超距作用"嗎？抓緊了，因?yàn)榱孔邮澜鐒倓偘鸦闹嚩忍嵘搅诵赂叨取?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)了一種全新形式的量子糾纏，這次是關(guān)于被困在極其微小結(jié)構(gòu)中的光子的總角動量。

當(dāng)我說"微小"時，我指的是比人類頭發(fā)寬度還小一千倍的尺寸。這就是常規(guī)物理學(xué)在這里徹底崩潰的納米尺度。

先來個基礎(chǔ)科普。

量子糾纏是一種匪夷所思的現(xiàn)象：兩個粒子變得如此緊密連接，以至于不管它們相隔多遠(yuǎn)，發(fā)生在一個粒子上的任何事情都會瞬間影響另一個。測量這邊的粒子，銀河系另一端的那個糾纏伙伴會立刻"知道"發(fā)生了什么。

這不只是物理學(xué)家的腦洞開，它是量子計(jì)算、量子加密和所有那些科技公司熱衷吹噓的量子技術(shù)的基礎(chǔ)。

愛因斯坦：這是胡說八道（劇透：他大錯特錯）

1935年，阿爾伯特·愛因斯坦與兩位同事鮑里斯·波多爾斯基和內(nèi)森·羅森（后來在以色列理工學(xué)院創(chuàng)建了物理系）發(fā)表了著名的EPR論文，基本上是在說："這量子玩意兒簡直荒謬絕倫。"

愛因斯坦特別討厭信息似乎能比光速傳播得更快的想法，因?yàn)檫@直接挑戰(zhàn)了他珍視的相對論。他嗤之以鼻，稱之為"幽靈般的超距作用"，堅(jiān)信一定有更合理的解釋。

但歷史證明：愛因斯坦錯了，而且錯得離譜。這種"幽靈性"確實(shí)存在，量子物理學(xué)家?guī)资陙硪恢痹谟脤?shí)驗(yàn)證明這一點(diǎn)。

從"幽靈現(xiàn)象"到諾貝爾獎

再看另一位以色列理工學(xué)院的研究員阿舍爾·佩雷斯，他意識到粒子間這種詭異聯(lián)系其實(shí)有用處。他與查爾斯·班尼特和吉爾斯·布拉薩德一起證明，糾纏可實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)。

注意這不是《星際迷航》里"斯科蒂，把我傳上去"那種，而是一種在不同位置間傳輸量子信息的方法。

這個研究領(lǐng)域最終變得如此重要，以至于2022年，阿蘭·阿斯佩、安東·蔡林格和約翰·克勞瑟因在量子糾纏領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。（有趣的是，阿斯佩和蔡林格都曾獲得以色列理工學(xué)院的榮譽(yù)博士學(xué)位，然后才拿到諾貝爾獎牌。這是巧合嗎？我看未必。）

光子：量子怪異現(xiàn)象的終極表演者

科學(xué)家已經(jīng)用各種粒子和屬性展示了糾纏，但這些裝b的光子展現(xiàn)出了特別多的才藝。研究人員已經(jīng)基于光子的方向、頻率（顏色）、極化（電場的方向），甚至更抽象的屬性如角動量實(shí)現(xiàn)了糾纏。

角動量在光子世界里分兩種：

1. 自旋- 與光子電場的旋轉(zhuǎn)有關(guān)
2. 軌道- 與光子在空間中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動有關(guān)

比如說地球：它既繞自軸自轉(zhuǎn)（自旋），又繞太陽公轉(zhuǎn)（軌道角動量）。當(dāng)光子在普通光束中悠哉游哉地傳播時，這兩種屬性各自安好，互不干擾。

當(dāng)光子被塞進(jìn)"牢籠"

事情現(xiàn)在變得真正有趣（完全瘋狂）了。

當(dāng)你強(qiáng)行把光子塞進(jìn)比它們波長還小的結(jié)構(gòu)中的空間時，它們就徹底崩潰了。之前分離的自旋和軌道組件被迫合并成一個單一屬性：總角動量。

為什么科學(xué)家要這樣折磨可憐的光子？主要有兩個原因：

1. 微型化：就像我們把計(jì)算機(jī)從房間小縮小到口袋小一樣，在更小空間里塞更多功能就是科技進(jìn)步的本質(zhì)。
2. 增強(qiáng)相互作用：當(dāng)光子被關(guān)進(jìn)小籠子時，它們與周圍材料的互動變得異常激烈，這能產(chǎn)生普通狀態(tài)下光子根本不可能實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象和應(yīng)用。

重大發(fā)現(xiàn)：納米牢籠中的新型糾纏

在這項(xiàng)發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，由阿米特·卡姆和沙伊·澤塞斯博士領(lǐng)導(dǎo)的以色列理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)做了前所未有的事情。

他們成功在這些納米級系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了光子糾纏，而且是僅基于它們的總角動量。

這不是對老掉牙糾纏現(xiàn)象的又一次展示，而是一種全新的變種——20多年來首次發(fā)現(xiàn)的重要新型量子糾纏類型。上一次有人發(fā)現(xiàn)新類型的量子糾纏時，人們還在用撥號上網(wǎng)，還在擔(dān)心千年蟲會毀滅世界。

研究人員像偵探一樣追蹤了光子從進(jìn)入這些納米結(jié)構(gòu)到離開測量系統(tǒng)的整個詭異旅程。他們發(fā)現(xiàn)，這種強(qiáng)制性"監(jiān)禁"大大擴(kuò)展了光子可能存在的狀態(tài)空間，就像逼迫習(xí)慣住豪宅的人突然適應(yīng)火柴盒小的蝸居。

通過一系列能把圣人逼瘋的精密測量，研究團(tuán)隊(duì)繪制了這些新狀態(tài)的地圖，成功使用這種特殊的納米尺度特性實(shí)現(xiàn)了光子糾纏，并確認(rèn)了表明真正量子糾纏存在的光子對之間的明顯相關(guān)性。

這和你有什么關(guān)系？

這不是科學(xué)家們自嗨的學(xué)術(shù)游戲。這一發(fā)現(xiàn)可能徹底改變量子通信和量子計(jì)算組件的尺寸。比如：智能手機(jī)小的量子計(jì)算機(jī)，而不是整個房間塞滿需要比宇宙深空還冷溫度才能運(yùn)行的龐設(shè)備。

當(dāng)前的量子技術(shù)又又嬌氣，需要極端環(huán)境才能運(yùn)作。這種新形式的糾纏可能幫助將量子設(shè)備縮小到實(shí)際可用的尺寸。量子互聯(lián)網(wǎng)、真正便攜的量子加密、不需要專用實(shí)驗(yàn)室的量子傳感器……所有這些可能因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)而從科幻變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

下一步是什么？

可能性既振奮人心又讓人眼花繚亂。這一發(fā)現(xiàn)為量子工程開辟了全新道路，未來的量子設(shè)備很可能利用這種新發(fā)現(xiàn)的糾纏形式執(zhí)行傳統(tǒng)方法完全無法實(shí)現(xiàn)的操作。

研究團(tuán)隊(duì)無疑已經(jīng)在探索各種應(yīng)用，從超安全量子通信渠道到革命性的量子邏輯門。考慮到以色列理工學(xué)院將基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)用技術(shù)的成功歷史，這一理論突破在十年內(nèi)變成商業(yè)應(yīng)用也不足為奇。

宇宙比我們想象的更詭異（再次確認(rèn)）

如果量子物理學(xué)有一個永恒主題，那就是現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)比我們?nèi)祟愡M(jìn)化出來的腦能夠直觀理解的要奇怪得多。每當(dāng)我們自以為已經(jīng)理解了量子怪異性，總會有這樣的新發(fā)現(xiàn)跳出來，無情地提醒我們：你們這些人類，還只是在量子現(xiàn)實(shí)的表面瞎摸索而已。

愛因斯坦可能稱量子糾纏為"幽靈般的"，但更貼切的描述應(yīng)該是"無盡的驚喜盒子"。量子世界不斷揭示出新的奇特面貌，而每一次揭示都帶來全新的技術(shù)可能性。

愛因斯坦可能正在墳?zāi)估锓恚◣е删_測量的角動量），但我們這些凡人只能驚嘆于量子物理學(xué)的這一個現(xiàn)實(shí)比任何科幻小說都更令人目瞪口呆的領(lǐng)域。

注：這項(xiàng)研究由以色列理工學(xué)院完成，成果發(fā)表在《自然》雜志上，DOI：10.1038/s41586-025-08761-1