一项旨在证实量子理论的标志性实验的新版本，首次利用遥远恒星的光来支持一种现象，阿尔伯特·爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。
爱因斯坦不喜欢物体可以在任何空间距离上共享神秘联系的观点，科学家们在过去 50 年里一直在努力确保他们显示这种量子效应的结果不是由更直观的解释引起的。
量子物理学认为，两个所谓的纠缠粒子可以保持一种特殊的联系——即使在很远的距离——这样，如果测量其中一个粒子，就会立即告诉实验者测量另一个粒子会显示什么。尽管事实上，在测量之前，两个粒子都没有确定的属性。这让包括爱因斯坦在内的一些物理学家感到不安，他们倾向于另一种解释：量子理论是不完整的，结果反而取决于一些预先确定的、但隐藏的变量。
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最新探索这种现象的努力，将于 2 月 7 日在《物理评论快报》上发表，它使用大约 600 年前恒星发出的光来选择在被称为贝尔测试的量子实验中进行哪些测量。通过这样做，他们缩小了历史上隐藏变量（如果它们存在）可能影响实验的时间点。
“这是一个漂亮的实验，”马里兰州盖瑟斯堡美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的量子物理学家克里斯托·沙尔姆说。尽管很少有人期望它会反驳量子力学，但这样的实验“不断推动替代理论变得越来越牵强和荒谬”，他说。他补充说，类似的技术将来可能有助于防止试图破解量子密码系统的黑客。
弥补漏洞
维也纳大学的物理学家与中国、德国和美国的同事一起，开发了新版本的贝尔测试——这是物理学家约翰·贝尔在 1960 年代设计的一种协议，用于区分对量子世界看似奇怪的行为的两种可能解释。
该测试涉及对分离的成对纠缠量子粒子进行独立测量。贝尔表明，统计上，一旦结果之间的相关性超过某个阈值限制，就不能用粒子具有隐藏属性来解释。相反，协调一致的结果似乎是对一个粒子进行测量，神秘地确定了另一个粒子的属性的结果。
尽管贝尔测试已经多次支持量子理论，但它们包含一些假设，为非量子解释留下了回旋余地，物理学家一直在努力弥补这些“漏洞”。
2015 年，当包括沙尔姆的团队在内的三个独立团队成功地同时弥补了两个主要可能的漏洞，通过证明纠缠不可能是任何粒子之间光速通信产生的幻觉，也不是仅检测某些光子的伪影，他们取得了一场重大胜利。
自由选择
但他们留下了一个更微妙且不可能完全弥补的漏洞，最新论文的合著者、马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的天文学家安德鲁·弗里德曼说。贝尔测试还假设实验者可以自由选择对每对光子进行哪些测量。但是，某些未知的效应可能会影响粒子和执行的测试（要么直接影响测量的选择，要么更有可能限制可用的选项），从而产生相关性，从而产生纠缠的错觉。
为了缩小这种自由选择漏洞，研究人员先前在纠缠粒子的来源和他们用来选择实验设置的随机数生成器之间放置了 144 公里5。它们之间的距离意味着，如果任何未知的过程影响了两个设置，它必须在实验之前的时间点完成。但这只排除了在之前的微秒内的任何影响：最新的论文试图通过使用来自两颗遥远恒星的光来确定每个光子的实验设置，从而大大缩短这个时间。“我们将选择外包给宇宙本身，”弗里德曼说。
该团队由维也纳大学的物理学家安东·蔡林格领导，根据其两个望远镜是否检测到传入的光为蓝色或红色，选择观察纠缠光子的哪些特性。颜色是在光发射时决定的，并且在传播过程中不会改变。这意味着，如果不是量子纠缠，而是某些未知的影响解释了相关性，那么它必须在至少大约 600 年前开始，因为最近的恒星在 575 光年（176 秒差距）之外，弗里德曼说，他希望最终将这个极限推回到数十亿年前，方法是使用来自更遥远类星体的光进行实验。他们的结果发现了一种支持“超距作用”的相关性水平。
防止黑客攻击
荷兰代尔夫特理工大学的量子物理学家罗纳德·汉森说，从技术上讲，该实验令人印象深刻。但是，与 2015 年弥补的漏洞不同，这个漏洞永远无法完全弥补；仅通过做出新的假设才能将其限制在更远的过去——例如，在这种情况下，假设在光子击中望远镜之前没有人立即对它们进行干扰，他说。
其他人认为，尽管从根本上讲，这个漏洞永远无法弥补，但这样的实验是有价值的，因为新的理论必然会变得更加不可能和牵强，或者最终，最终假设宇宙中的一切都是在大爆炸时确定的——这种哲学观点大多数物理学家都拒绝。因此，修改实验以减少并做出更好的假设是值得的，沙尔姆说。
弗里德曼认为，这样的实验也具有实际价值，因为如果量子力学最终被不同的基本理论解释，那么这一发现可能会影响依赖量子理论的技术（如量子加密）的安全性。试图弥补这些漏洞是有用的，因为最小化实验中的假设也有助于加强对可能利用它们的黑客的保护，沙尔姆说，他在 NIST 的团队正在探索贝尔测试是否可用于量子密码学。
利用宇宙现象并不是物理学家确保其测量设置独立性的唯一方法。11 月，来自世界各地的团队参加了大型贝尔测试，该测试利用全球 100,000 名游戏志愿者创建 0 和 1 的随机序列，物理学家使用这些序列来确定他们的测量设置。
西班牙巴塞罗那光子科学研究所 (ICFO) 的摩根·米切尔表示，初步分析表明，在这种情况下，大多数——甚至可能所有——实验再次支持了量子力学，该研究所协调了这项活动。“对不起，爱因斯坦，”他说。
本文经授权转载，并于2017 年 2 月 2 日首次发表。