如果能成为一个电子，那该有多好？那样你也可以利用量子力学的奇迹，例如同时身处两个地方——这对于应付现代生活中相互冲突的需求非常方便。唉，物理学家长期以来一直破坏这种幻想，他们说量子力学只适用于微观事物。
然而，这是一种误解。在过去十年中获得认可的现代观点认为，你在日常生活中看不到量子效应，不是因为你体型庞大，而是因为这些效应被它们自身的复杂性所掩盖。如果你知道如何观察，它们就存在，而且物理学家们已经意识到，它们在宏观世界中出现的次数比他们想象的要多。“对于量子效应的存续，标准论证可能过于悲观，”诺贝尔奖得主、伊利诺伊大学物理学家安东尼·莱格特说。
在最独特的这种效应中，被称为纠缠，两个电子建立了一种超越空间和时间的“心灵感应”联系。而且不仅仅是电子：你，也和你的爱人保持着量子联系，无论你们相隔多远。如果这听起来过于浪漫，那么另一方面是，粒子是无可救药地滥交的，它们会与遇到的每一个其他粒子建立联系。因此，你也与曾经在街上撞到你的每一个失败者以及曾经拂过你皮肤的每一个空气分子保持着量子联系。你想要的联系被你不想要的联系淹没了。因此，纠缠会破坏纠缠，这个过程被称为退相干。
支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
为了在量子计算机等领域保留纠缠，物理学家们使用了父母试图控制青少年恋爱生活的所有策略，例如将粒子与其环境隔离，或护送粒子并消除任何不需要的纠缠。而且他们通常也只有差不多的成功。但是，如果你无法击败环境，为什么不利用它呢？“环境可以发挥更积极的作用，”新加坡国立大学和牛津大学的物理学家弗拉特科·韦德拉尔说。
一种方法是由奥地利因斯布鲁克量子光学和量子信息研究所的蔡建明和汉斯·J·布里格尔以及英国布里斯托尔大学的桑杜·波佩斯库提出的。假设你有一个 V 形分子，你可以像镊子一样打开和关闭它。当分子闭合时，尖端上的两个电子会变得纠缠。如果你只是把它们放在那里，电子最终会因环境中的粒子轰击而退相干，你将无法重建纠缠。
答案是打开分子，并反直觉地让电子更多地暴露在环境中。在这种位置，退相干会将电子重置为默认的最低能量状态。然后你可以再次关闭分子并重新建立新的纠缠。如果你打开和关闭的速度足够快，就好像纠缠从未中断过一样。该团队称之为“动态纠缠”，与静态纠缠相反，静态纠缠在你将系统与轰击隔离的时间内持续存在。研究人员表示，尽管存在振荡，但动态纠缠可以完成静态纠缠可以完成的一切。
另一种方法是使用一组粒子，它们作为一个整体发挥作用。由于该组的内部动力学，它可以具有多个默认或平衡状态，对应于不同但能量相当的排列。量子计算机可以将数据存储在这些平衡状态中，而不是存储在单个粒子中。这种方法最早由当时在俄罗斯朗道理论物理研究所的阿列克谢·基塔耶夫十年前提出，被称为被动纠错，因为它不需要物理学家积极地监管粒子。如果该组偏离平衡状态，环境会完成将其推回的工作。只有当温度足够高时，环境才会破坏而不是稳定该组。“环境既会增加错误，也会消除错误，”波兰格但斯克大学的米哈尔·霍罗德基说。
诀窍是确保它消除错误的速度快于添加错误的速度。霍罗德基、麻省理工学院的赫克托·邦宾及其同事最近设计了这样一个装置，但由于几何原因，它需要更高的空间维度。最近的其他几篇论文利用普通空间；他们没有依赖更高的几何学，而是用力场穿过系统，以使平衡倾向于消除错误。但是这些系统可能无法执行通用计算。
这项工作表明，与传统观点相反，纠缠可以在大型、温暖的系统中持续存在——包括生物体。“这为纠缠可能在生物系统中发挥作用或成为生物系统的资源打开了大门，”加州大学伯克利分校的莫汉·萨罗瓦尔说，他最近发现纠缠可能有助于光合作用[参见迈克尔·莫耶的“叶绿素的力量”；《大众科学》，2009 年 9 月]。在鸟类可能用作指南针的磁敏感分子中，韦德拉尔、同样在新加坡的伊丽莎白·里珀及其同事发现，电子设法保持纠缠的时间比标准公式预测的时间长 10 到 100 倍。因此，尽管我们可能不是电子，但生物仍然可以利用它们奇妙的量子性。
注意：本文最初印刷时的标题为“来也匆匆，去也匆匆”。