二十世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家愛因斯坦在生前和身后是一位備受爭(zhēng)議的科學(xué)人物，一些科學(xué)家和科學(xué)史家認(rèn)為他的物理理論對(duì)了，另一些科學(xué)家和科學(xué)史家則認(rèn)為他的物理理論錯(cuò)了。我們從近幾十年的天文觀測(cè)和物理實(shí)驗(yàn)成果中發(fā)現(xiàn)，幾乎所有與廣義相對(duì)論有關(guān)的天文觀測(cè)成果都無例外地證實(shí)“愛因斯坦對(duì)了”，幾乎所有與量子論有關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)都無懸念地證實(shí)“愛因斯坦錯(cuò)了”。愛因斯坦對(duì)引力現(xiàn)象進(jìn)行了非經(jīng)典論、或廣義相對(duì)論的解釋，現(xiàn)代天文觀測(cè)成果基本證明了對(duì)引力現(xiàn)象的相對(duì)論解釋是正確的；愛因斯坦對(duì)量子效應(yīng)進(jìn)行了經(jīng)典理論、或牛頓時(shí)空觀的解釋，現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本證明了對(duì)量子效應(yīng)的經(jīng)典物理解釋是錯(cuò)誤的。
麻省理工學(xué)院、維也納大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的物理學(xué)家在一項(xiàng)“最遙遠(yuǎn)光子”的實(shí)驗(yàn)中為量子糾纏的非經(jīng)典解釋提供了迄今最強(qiáng)有力的證據(jù)，他們的實(shí)驗(yàn)利用了遙遠(yuǎn)的天體——類星體發(fā)出的古老光線。從地球上看的類星體像一顆發(fā)出明亮光線的恒星，類星體實(shí)際上是一個(gè)能量巨大、十分活躍的早期星系核，核心的超大質(zhì)量黑洞被周圍的恒星群覆蓋。麻省理工和維也納大學(xué)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)之前使用600年前的光子來檢驗(yàn)它們之間的關(guān)聯(lián)，團(tuán)隊(duì)成員在600年前發(fā)生的光子糾纏中找到量子力學(xué)的解釋，他們排除了經(jīng)典力學(xué)解釋的可能，對(duì)量子糾纏現(xiàn)象的量子和經(jīng)典力學(xué)的解釋符合哲學(xué)物理論的“差異原理”，例如：經(jīng)典物理的解釋強(qiáng)調(diào)量子相互作用的“現(xiàn)實(shí)性”、“定域性”、“隱變量”，而量子物理的解釋強(qiáng)調(diào)量子相互作用的“非現(xiàn)實(shí)性”、“非定域性”、“非隱變量”。科學(xué)團(tuán)隊(duì)在成功的基礎(chǔ)上將古老光子從600年前延伸到78億年前和122億年前發(fā)光的類星體，測(cè)量600光年以外的恒星發(fā)出的光子，團(tuán)隊(duì)成員使用了小型的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，而觀測(cè)78億和122億光年以外的類星體發(fā)出的光子，團(tuán)隊(duì)成員使用了大型的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，他們測(cè)量了3萬對(duì)光子的物理參數(shù)，從中分析遙遠(yuǎn)類星體發(fā)出的光子和它們的相關(guān)性。
科學(xué)團(tuán)隊(duì)從遙遠(yuǎn)光子對(duì)發(fā)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“貝爾不等式”設(shè)定的極限值，這意味著如果對(duì)光子糾纏的經(jīng)典性解釋正確，那么這種經(jīng)典安排的機(jī)制必然發(fā)生在古老類星體發(fā)出這些光子之前，以往的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)將古老光子發(fā)生糾纏的時(shí)間推到600年之前，現(xiàn)在的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)將糾纏時(shí)間推到78億年和122億年之前。麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家阿蘭·古斯是發(fā)表在《自然》雜志上論文的共同作者之一，他根本不相信一場(chǎng)物理學(xué)的“陰謀論”能夠發(fā)生在一百多億年以前，遙遠(yuǎn)類星體產(chǎn)生的光子關(guān)聯(lián)性不可能有經(jīng)典性的解釋，考慮到地球的年齡大約有45億年，任何與量子力學(xué)不同的替代性機(jī)制就會(huì)發(fā)生在地球的形成之前。物理學(xué)家約翰·貝爾在20世紀(jì)60年代提出著名的“貝爾不等式”，他計(jì)算了一個(gè)理論的極限值，如果超過了這一極限值，那么對(duì)粒子的相關(guān)性不能應(yīng)用經(jīng)典物理的解釋，取而代之的是量子物理的描述。
有一些物理學(xué)家強(qiáng)烈質(zhì)疑“貝爾法則”對(duì)量子相關(guān)性的判定標(biāo)準(zhǔn)，他們提出了驗(yàn)證貝爾不等式“漏洞”的測(cè)試，在貝爾法則的“三個(gè)漏洞”中，最難驗(yàn)證的是一個(gè)被物理學(xué)家稱之為“選擇自由”的漏洞，它指的是一些隱蔽的經(jīng)典物理變量可能影響實(shí)驗(yàn)人員的選擇，有一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果“事先安排”的可能，讓本來是經(jīng)典的物理法則表現(xiàn)為一種量子的物理法則，麻省理工大學(xué)和維也納大學(xué)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)遙遠(yuǎn)光子的檢測(cè)就是為了消除貝爾法則某種“選擇自由”的漏洞。科學(xué)團(tuán)隊(duì)將他們的實(shí)驗(yàn)定義為“無漏洞貝爾檢測(cè)”，對(duì)遙遠(yuǎn)類星體發(fā)射光子的關(guān)聯(lián)性檢測(cè)表明，愛因斯坦對(duì)量子糾纏定域性的經(jīng)典解釋是錯(cuò)誤的，他一直反對(duì)和嘲諷對(duì)量子糾纏現(xiàn)象作非定域性的量子解釋，而將量子糾纏的非經(jīng)典解釋稱之為“詭異的超巨作用”，一對(duì)相互糾纏的粒子即使被分割成兩個(gè)獨(dú)立的粒子，無論它們之間的距離多么遙遠(yuǎn)，比如：一個(gè)在銀河系的這端，另一個(gè)在銀河系的那端，其中一個(gè)粒子物理參數(shù)的改變能夠同時(shí)影響另一個(gè)粒子，或者在糾纏粒子之間產(chǎn)生了詭異的“協(xié)同作用”，很多站在愛因斯坦立場(chǎng)上的科學(xué)家不相信粒子之間有如此怪異、隨機(jī)的聯(lián)動(dòng)。
中科大多光子的量子實(shí)驗(yàn)與麻省理工、維也納大學(xué)遙遠(yuǎn)光子的量子實(shí)驗(yàn)“并駕驅(qū)”、“相得益彰”。中科大的潘建偉團(tuán)隊(duì)近幾年在攻關(guān)實(shí)驗(yàn)中不斷刷新光量子比特糾纏數(shù)目的世界紀(jì)錄，他們“領(lǐng)跑”了多光子糾纏的量子實(shí)驗(yàn)，潘建偉團(tuán)隊(duì)實(shí)際上是在不斷地超越“自我”，連續(xù)打破團(tuán)隊(duì)自身創(chuàng)下的記錄，他們已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)了五光子、六光子、八光子、十光子的糾纏，最近在國(guó)際上首次完成了18個(gè)光量子比特的糾纏，實(shí)現(xiàn)了到目前為止最大數(shù)目光子糾纏態(tài)的制備，這項(xiàng)成果可以應(yīng)用到大尺度、高效率的量子信息技術(shù)。通過調(diào)控多個(gè)光子的偏振、路徑和軌道角動(dòng)量三個(gè)自由度參數(shù)，潘建偉團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了更多數(shù)量的光子糾纏。
中科大和麻省理工、維也納大學(xué)科學(xué)團(tuán)隊(duì)最近取得的突破性成果肯定了量子力學(xué)“哥本哈根學(xué)派”的解釋，否定了量子力學(xué)愛因斯坦和薛定諤學(xué)派的解釋。愛因斯坦和薛定諤都是量子力學(xué)的創(chuàng)立者，需要指出的是，兩位科學(xué)巨匠不是反對(duì)量子力學(xué)本身，而是反對(duì)量子力學(xué)以波爾為代表的哥本哈根學(xué)派的解釋，薛定諤最早提出“量子糾纏”概念，他用這個(gè)詞條來嘲笑哥本哈根學(xué)派對(duì)量子行為解釋的可笑之處和荒誕性，人們?cè)缫淹浹Χㄖ@提出的帶有挖苦和貶義的詞條，卻非常奇特地記住了薛定諤的思想實(shí)驗(yàn)——“薛定諤的貓”。愛因斯坦同樣指出了波爾對(duì)量子行為解釋詭辯的不合理性，他為此提出著名的“EPR佯謬”，希望通過消除波爾解釋的悖論來奠立量子行為的經(jīng)典解釋。貝爾在1964年創(chuàng)建“貝爾不等式”的目的也是為了揭示量子行為的怪誕，消解量子理論的悖論性，然而事與愿違，一系列的量子實(shí)驗(yàn)證明了貝爾不等式并不存立。
二十世紀(jì)和二十一世紀(jì)的偉大物理實(shí)驗(yàn)似乎都與愛因斯坦的名字有關(guān)，這是愛因斯坦思想的詭異、神奇之處，肯馬和否定他的相對(duì)論和量子論都可能獲得物理諾獎(jiǎng)。中科大和麻省理工、維也納大學(xué)科學(xué)團(tuán)隊(duì)雙雙邁出了贏得物理諾獎(jiǎng)的步伐，一個(gè)在最多的光子數(shù)目，一個(gè)在最古老的光子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目證實(shí)了量子糾纏的發(fā)生，或者兩種類型的量子實(shí)驗(yàn)符合哲學(xué)效果論的“等效原理”。作為關(guān)心科學(xué)進(jìn)步的中國(guó)網(wǎng)民，我們希望潘建偉團(tuán)隊(duì)首先摘得物理學(xué)諾獎(jiǎng)，中科大的潘建偉團(tuán)隊(duì)不僅研究了量子糾纏的基礎(chǔ)性科學(xué)問題，而且光量子糾纏實(shí)驗(yàn)具有在量子通訊和量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域極為廣泛的應(yīng)用前景，著眼于從長(zhǎng)遠(yuǎn)的科技圖景，潘建偉科學(xué)團(tuán)隊(duì)的成果有助于量子計(jì)算機(jī)和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成長(zhǎng)。受到“廣義測(cè)不準(zhǔn)原理”的約束，我們目前不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)最多的光子糾纏數(shù)目，不能準(zhǔn)確地預(yù)言最遙遠(yuǎn)光子的距離，但是，我們可以粗略地展望下一個(gè)階段的探測(cè)目標(biāo)，中科大的科學(xué)團(tuán)隊(duì)可能將糾纏光子的數(shù)量擴(kuò)大到數(shù)十個(gè)、數(shù)百個(gè)、甚至更多，麻省理工和維也納大學(xué)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)可能將糾纏光子的發(fā)生源擴(kuò)大到130億光年的類星體、擴(kuò)大到宇宙微波背景輻射時(shí)期的光子、甚至擴(kuò)大到宇宙誕生時(shí)刻的原初光子。
宇哲手稿：2018-8-28
（ Verifying quantum entanglement from the Maximum possible quantity and the most distant photons. ）
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