一项实验表明，人类可以探测到微弱到单个光子的闪光——这一发现似乎为长达 70 年的人类视觉极限测试画上了句号。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的量子光学研究员保罗·克维亚特说，这项于 7 月 19 日发表在《自然通讯》上的研究“最终回答了一个长期存在的问题，即人类是否能看到单个光子——他们可以！”。他补充说，这项研究中使用的技术也为测试量子特性（例如光子同时出现在两个地方的能力）如何影响生物学开辟了道路。
纽约市洛克菲勒大学的物理学家阿里帕沙·瓦齐里说：“最令人惊奇的是，这不像是在看光。这几乎是一种感觉，在想象力的极限。”他领导了这项工作并亲自体验了这种感觉。
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对青蛙细胞的实验表明，脊椎动物眼睛中对光敏感的感光细胞（称为视杆细胞）确实会对单个光子做出反应。但是，部分原因是视网膜会处理其信息以减少来自误报的“噪声”，研究人员一直无法确认一个视杆细胞的放电是否会触发一个信号，该信号会一直传递到大脑。同样不清楚的是，如果信号确实到达大脑，人们是否能够有意识地感知到这种信号。测试人类视觉极限的实验也必须等待量子光学技术的到来，这些技术可以可靠地一次产生一个光子。
2015 年 6 月，与克维亚特合作的物理学家丽贝卡·福尔摩斯报告了人类可以感知到包含少至三个光子的闪光的证据。（克维亚特说，这些结果尚未发表。）但是，该团队尚未测试感知的最终阈值——对单个光子的反应。
在黑暗中
在瓦齐里的实验中，三名志愿者在完全黑暗的环境中坐了大约 40 分钟，然后盯着一个光学系统。当他们按下按钮时，他们听到了两种声音，间隔一秒。有时，其中一种声音伴随着光子的发射。参与者必须说出他们认为自己在哪个时刻看到了光子，以及他们对自己的观察有多自信（在 1 到 3 的范围内）。
在许多情况下，他们都答错了；这是可以预料的，因为进入眼睛前部的光子中有 90% 以上甚至从未到达视杆细胞，因为它们被眼睛的其他部分吸收或反射了。尽管如此，参与者正确回答的频率还是高于随机猜测的预期频率——而且当他们答对时，他们的信心水平也更高。
研究人员表示，三名志愿者总共进行了 2400 多次试验，其中发射了单个光子（以及更多次没有发射光子）。研究人员表示，如此大量的测试为单光子探测提供了强有力的统计证据。
但并非所有研究人员都认为这篇论文是决定性的。新加坡科学技术研究局的物理学家列昂尼德·克里维茨基说：“我唯一怀疑的是只测试了三个人。”他补充说，所有受试者都是男性，并且已知女性和男性的视觉生理机能略有不同。但克里维茨基确信，如果这项实验在更多志愿者身上进行测试，作者的方法能够一劳永逸地解决这个问题。
瓦齐里计划测试视觉系统如何对各种量子态的光子做出反应——特别是那些处于两种同时状态“叠加”的光子。一些物理学家认为，此类实验可以测试两种状态的叠加是否可以在人的感觉系统中存活，并可能被大脑感知到。
本文经授权转载，并于 2016 年 7 月 19 日首次发表。