量子物理是什么？——回答長期未決的問題（下）

阿特·霍布森1著 龍桂魯2譯

1. 阿肯色大學(xué); 2. 清華大學(xué)

六

干涉儀實(shí)驗(yàn)

2018 年，北京清華大學(xué)的龍桂魯團(tuán)隊(duì)開展了一項(xiàng)驚人的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)不僅證明了極大擴(kuò)展波函數(shù)的真實(shí)性——這正是量子基礎(chǔ)理論爭論的核心議題，還揭示了其他重要發(fā)現(xiàn)。要理解龍的實(shí)驗(yàn)，我們首先需要了解“光子干涉儀”的工作原理(圖7)。

圖7光子干涉儀(詳見正文說明)

這個(gè)裝置演示了光的干涉效應(yīng)。一束光(一束光子流)沿著圖7 中所示的兩條路徑穿過裝置，并在兩個(gè)探測器D1 和D2 處被檢測到。每個(gè)光子具有相同的波長。圖7 描繪了一個(gè)單光子，它正向右移動(dòng)并即將進(jìn)入干涉儀。

假設(shè)一束光子穿過實(shí)驗(yàn)裝置。在圖7 左下角，這束光子會(huì)遇到一個(gè)“分束器”BS1——這個(gè)薄玻璃板(圖中以側(cè)視圖呈現(xiàn))。此時(shí)光子面臨“選擇”：要么從玻璃表面反射(路徑1)，要么穿透玻璃板(路徑2)。當(dāng)宏觀光束通過該裝置時(shí)，50%的光線(即半數(shù)光子)會(huì)沿路徑1 傳播，另一半則沿路徑2 傳播。

當(dāng)你在人行道上經(jīng)過商店櫥窗時(shí)，若曾看到鏡面上的身影，就親身體驗(yàn)過光子的反射與傳播。由于你看到映照出的身影，部分光子必然從玻璃表面反射回來。同時(shí)，店內(nèi)的顧客也能看見你透過櫥窗的身影，因此從你身上反射的光子還需穿過玻璃窗。正如我們將要揭示的，這種雙重影像源自“量子疊加”原理。

分束器BS1 被設(shè)計(jì)成這樣，如果攜帶數(shù)百萬個(gè)光子的光束撞擊BS1 的表面，則在BS1 處大約有50%的光子反射，50%的光子透射。

假設(shè)實(shí)驗(yàn)中沒有BS2 裝置，光子通過干涉儀時(shí)是逐個(gè)傳輸?shù)摹?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，每個(gè)探測器接收的光子數(shù)量大約只有50%。這驗(yàn)證了“量子整體性”原理：光子是一個(gè)高度統(tǒng)一的單一實(shí)體，無法被分割。在探測器中你永遠(yuǎn)找不到半光子，要么檢測到一個(gè)光子，要么完全檢測不到。

此外，這些結(jié)果是“隨機(jī)”的。我們不可能預(yù)測任何一個(gè)特定的光子會(huì)出現(xiàn)在D1 還是D2。我們必須為每個(gè)結(jié)果分配50%的概率。

因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)展示了量子隨機(jī)性。而且，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是完全隨機(jī)的，比拋硬幣或輪盤賭等任何其他機(jī)會(huì)游戲都要隨機(jī)。這些游戲總是顯示出與純粹隨機(jī)性存在一些輕微的系統(tǒng)偏差，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，與機(jī)會(huì)游戲不同，量子隨機(jī)性是完美的。

現(xiàn)在假設(shè)我們運(yùn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)安裝了BS2。在這種情況下，您可能會(huì)猜測這會(huì)導(dǎo)致一半的光子被發(fā)現(xiàn)于D1，而另一半在D2。

這個(gè)猜測將是不正確的。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，D1 和D2 處的測量結(jié)果現(xiàn)在對(duì)從BS1 到BS2 的兩條路徑長度變化極其敏感。實(shí)驗(yàn)人員可以通過調(diào)整其中一個(gè)或兩個(gè)反射鏡的位置(例如上下左右移動(dòng))來改變路徑長度。即使單條路徑的長度變化僅為一個(gè)波長的極小部分，到達(dá)任一探測器的光子比例仍可能在零到100% 之間波動(dòng)。我們發(fā)現(xiàn)這種路徑長度依賴性甚至在單光子傳輸時(shí)依然存在！

圖8展示了兩個(gè)探測器的檢測結(jié)果如何隨路徑1和路徑2 之間的長度差異而變化。該距離以光子波長為單位進(jìn)行測量，而一個(gè)波長對(duì)應(yīng)于360 度的相位差。例如，如果兩條路徑長度相同，則在D1探測到光子的概率為100%，而在D2 探測到的概率為零。

圖8對(duì)于圖7所示的干涉儀，D1處的檢測概率會(huì)隨著兩條路徑長度的差異呈現(xiàn)“正弦波”(即波浪形)變化。該路徑長度差異以角度度為單位進(jìn)行測量，其中360度代表一個(gè)完整波長。因此90度對(duì)應(yīng)四分之一波長，而180度則對(duì)應(yīng)半波長

圖8 所示行為的解釋是，每個(gè)光子在通過BS2后即與自身發(fā)生干涉。即使光子是一次一個(gè)地通過干涉儀，也會(huì)發(fā)生這種干涉。因此，每個(gè)光子必然是同時(shí)沿路徑1 和路徑2 移動(dòng)。

光子被認(rèn)為“處于兩條路徑的疊加狀態(tài)”。這就是一個(gè)單一的量子物體如何同時(shí)存在于兩個(gè)地方。

七

“延遲選擇”干涉實(shí)驗(yàn)

部分物理學(xué)家提出，若在光子通過BS1 后才決定插入BS2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)有所不同。這種情況下，光子在進(jìn)入BS1 前無法“預(yù)知”(即無法整合信息)會(huì)遇到BS2。此時(shí)它可能像粒子(無干涉)而非波(有干涉)那樣行為。這種“延遲選擇實(shí)驗(yàn)”已被實(shí)際驗(yàn)證。不出所料，延遲選擇并不會(huì)產(chǎn)生影響：若在光子到達(dá)交叉點(diǎn)前插入BS2，其疊加態(tài)的兩個(gè)部分會(huì)混合，從而導(dǎo)致光子自相干涉；若未插入BS2，兩部分無法混合，自然不會(huì)產(chǎn)生干涉。

物理學(xué)家們?nèi)栽诰土孔游锢韺W(xué)的“詮釋”這一根本性問題展開爭論。令人驚訝的是，許多物理學(xué)家質(zhì)疑波函數(shù)是否在真實(shí)場中客觀存在真實(shí)的波動(dòng)。許多人認(rèn)為，波函數(shù)只存在于物理學(xué)家的思維之中。

2018 年，北京清華大學(xué)的龍桂魯團(tuán)隊(duì)開展了一項(xiàng)延遲選擇實(shí)驗(yàn)的新版本研究。該實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)光子在干涉儀兩臂交叉點(diǎn)發(fā)生自干涉(即“遭遇自身”)時(shí)，BS2 信號(hào)被插入其中。這一突破性成果展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的精妙程度，更關(guān)鍵的是，它證實(shí)了空間延展波函數(shù)的物理實(shí)在性——這正是量子基礎(chǔ)理論爭論的核心焦點(diǎn)。

在龍的實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)單光子實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)都包含五個(gè)選項(xiàng)的延遲隨機(jī)選擇：

(1) 在光子到達(dá)交叉點(diǎn)前插入BS2，

(2) 當(dāng)光子通過交叉點(diǎn)30%時(shí)插入，

(3) 當(dāng)光子通過交叉點(diǎn)50%時(shí)插入，

(4) 當(dāng)光子通過交叉點(diǎn)80%時(shí)插入，

(5) 不插入BS2。

龍的目的是通過證明“微觀物體的波函數(shù)就是其真實(shí)存在，而非單純的數(shù)學(xué)描述”，來闡釋量子物理學(xué)的“現(xiàn)實(shí)解釋”。正如波函數(shù)分布、以有限速度傳播并在被探測時(shí)瞬間坍縮那樣，量子對(duì)象也存在于空間的不連續(xù)區(qū)域中。

實(shí)驗(yàn)中的每個(gè)光子都是一個(gè)管狀脈沖，包含100 米長和1 微米(百萬分之一米)直徑的電磁能量(這與實(shí)驗(yàn)中使用的光纖厚度相同)。需要注意的是，像光子這樣的單個(gè)量子物體未必很小。這種物體的長度可達(dá)100 米。

當(dāng)光子穿過交叉點(diǎn)時(shí)，BS2 的插入會(huì)將其分割為前部(長度分別為30 米、50 米或80 米)和后部，兩者運(yùn)動(dòng)方向不同。盡管被“疊加”為兩個(gè)部分，光子仍保持單一整體的統(tǒng)一性。坍縮現(xiàn)象僅在被探測時(shí)才會(huì)發(fā)生。該實(shí)驗(yàn)除了證明光子的非局域整體性外，還證實(shí)了量子疊加態(tài)中每個(gè)子波的真實(shí)存在。

圖9 展示了插入瞬間的單次試驗(yàn)，其中遵循了上述選項(xiàng)(3)：

圖9 (a)在類似圖7的干涉儀實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)路徑1和路徑2上的兩個(gè)“子波”中心到達(dá)交叉點(diǎn)時(shí)，插入BS2；(b)稍后，兩條分支的前半部分已向探測器移動(dòng)。此時(shí)BS2僅影響兩條分支的后半部分。上行的后半部分因相消干涉而消失，下行的后半部分則通過相長干涉得到增強(qiáng)

(b)部分展示了(a)所示相遇后不久的兩個(gè)子波。兩個(gè)子波的前半部分沿原有路徑傳播。BS2 的插入僅影響后半部分，導(dǎo)致混合并產(chǎn)生干涉。該部分展示了路徑1 上的相長干涉效應(yīng)以及路徑2 上的相消干涉效應(yīng)。

當(dāng)量子物理的數(shù)學(xué)原理應(yīng)用于龍的實(shí)驗(yàn)時(shí)，所有五個(gè)選項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都與之吻合。這證明光子(以及電子、質(zhì)子、夸克等所有量子粒子)正如其波函數(shù)所描述的那樣，是真實(shí)存在于空間中的實(shí)體。沒有任何理由懷疑這些物體的真實(shí)性。

八

糾纏與非定域性

我們?cè)撟C過，所有量子(光子、電子、質(zhì)子、原子等)都是由其波函數(shù)描述的延展空間場。同時(shí)指出，光子、電子、質(zhì)子、夸克、原子等量子都具有“非局域性”特征——這些過程并非從一點(diǎn)傳遞到鄰近點(diǎn)，而是在瞬間跨越距離完成。原因很簡單：所有能量都具有量子特性。例如電磁能可以以一個(gè)或多個(gè)光子的形式存在，但半個(gè)光子并不存在。由于光子本身是延展空間體，因此從零光子到單個(gè)光子的躍遷必須瞬間跨越整段距離。

此外，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)發(fā)生“糾纏”時(shí)，它們的組合必然表現(xiàn)出非局域性行為。正如前文所述，這一現(xiàn)象已通過實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)，2022 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?wù)鞘谟枇巳煌ㄟ^實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該現(xiàn)象的物理學(xué)家。

圖10 提供了對(duì)糾纏和非局域性的直觀理解。

圖10當(dāng)兩個(gè)量子相遇、相互作用并分離時(shí)，它們可能會(huì)永久性地糾纏在一起。該示意圖由Herbert 1985提出

大量實(shí)驗(yàn)已證實(shí)非定域性現(xiàn)象。其中最具代表性的案例是關(guān)于光子對(duì)運(yùn)動(dòng)方向(即動(dòng)量)產(chǎn)生糾纏的研究。該實(shí)驗(yàn)不僅揭示了非定域性原理的運(yùn)作機(jī)制，更為理解“測量問題”(下文詳述)打開了新視角。這項(xiàng)研究由兩個(gè)獨(dú)立團(tuán)隊(duì)分別完成并發(fā)表成果，我將其統(tǒng)稱為“Rarity-Tapster-Ou(RTO)實(shí)驗(yàn)”。

圖11 展示了系統(tǒng)布局。光源通過一個(gè)本文不作詳述的物理過程，生成兩個(gè)糾纏光子“A”和“B”。光子A從光源中射出時(shí)處于兩條路徑的疊加態(tài)，如圖11 所示分別為“A1”和“A2”。路徑A1 會(huì)穿過一個(gè)“相位調(diào)節(jié)器”fA，該裝置可改變其傳播路徑長度。隨后，路徑A1 和A2 會(huì)通過圖7 中BS2 對(duì)應(yīng)的分束器BS 進(jìn)行混合。最終，這兩個(gè)子波會(huì)被兩個(gè)探測器分別捕捉到。

圖11 RTO實(shí)驗(yàn)的布局。一個(gè)光子從光源沿路徑A1和A2射出；另一個(gè)光子沿B1和B2射出。這兩個(gè)光子形成一個(gè)糾纏的雙光子

類似地，光子B同時(shí)處于B1 和B2 兩種狀態(tài)，并被兩個(gè)探測器分別捕捉。正如我們將要看到的，這個(gè)“雙光子”就像一個(gè)統(tǒng)一的整體——盡管它的兩個(gè)部分可能相隔天文尺度的距離。圖12 展示了一種替代路徑布局方案，在該方案中，兩個(gè)獨(dú)立光子可以相距甚遠(yuǎn)。

圖12 RTO實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)用于更廣泛分離的探測器(參見圖10)

如果兩個(gè)光子之間沒有量子糾纏，每個(gè)光子只會(huì)像圖7 所示的單光子那樣僅與自身產(chǎn)生干涉。而量子糾纏則徹底改變了兩者的特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，A1/A2 和B1/B2 兩個(gè)探測器現(xiàn)在都記錄到完全隨機(jī)的50-50 結(jié)果，且不存在相位依賴性(即結(jié)果不因光子路徑長度的精確差異而改變)。物理學(xué)家用“非相干”一詞描述這種相位無關(guān)的特性。量子糾纏使得單個(gè)光子變得“非相干”，這意味著它們都無法與自身產(chǎn)生干涉。

然而，糾纏的雙光子AB確實(shí)具有自身相干(相位依賴)的狀態(tài)。當(dāng)改變fA 或 fB中的任一參數(shù)時(shí)，雙光子會(huì)表現(xiàn)出圖13 所示的相關(guān)性，這表明雙光子“知道”兩個(gè)分離光子之間的相位差?B-?A。

圖13非定域干涉：值得注意的是，RTO的兩個(gè)糾纏光子之間的相關(guān)程度會(huì)隨著非定域相位差?B-?A呈正弦變化

糾纏將單個(gè)光子的相干性(相位依賴性)轉(zhuǎn)移到雙光子AB上。兩個(gè)糾纏光子動(dòng)量之間的關(guān)聯(lián)程度會(huì)隨著相位差?B-?A的變化而變化，這兩個(gè)光子相距較遠(yuǎn)。

這讓我們得以深入理解量子糾纏如何導(dǎo)致非局域作用。圖13 給出了相關(guān)結(jié)果的可視化現(xiàn)。需要特別注意的是，該曲線呈現(xiàn)出與圖8 相似的“正弦波”(波動(dòng)型)特征。但兩者的差異主要體現(xiàn)在以下方面：

圖8 展示了圖7 中單光子的“路徑選擇”概率分布。當(dāng)光子穿過第一個(gè)分束器后，會(huì)同時(shí)存在于路徑1 和路徑2 的疊加態(tài)；此時(shí)BS2 將兩條路徑混合。圖7 通過比較兩條路徑長度的差值，繪制了D1 處探測到光子的概率分布曲線。當(dāng)相位差為零時(shí)概率為100%，相位差為90 度(即四分之一波長)時(shí)概率為50%，而相位差為180 度(半波長)時(shí)概率歸零(即在D2 處被探測)。單光子的量子態(tài)會(huì)隨相位變化而改變——用薛定諤的話說，光子就像被“抹平”在兩種狀態(tài)之間。

圖13 呈現(xiàn)出截然不同的景象。它展示了兩個(gè)光子A和B的糾纏態(tài)。與圖8 類似，圖13 同樣呈現(xiàn)正弦波形，但兩條曲線代表的現(xiàn)象卻大相徑庭。圖13 直觀呈現(xiàn)了A態(tài)與B態(tài)之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性程度：當(dāng)兩光子處于零度角時(shí)，相關(guān)性達(dá)到“完美”狀態(tài)(即A1 與B1 或A2 與B2 完全對(duì)應(yīng))；當(dāng)角度為90 度時(shí)，相關(guān)性降至“零”水平(50%的實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)正相關(guān)，50%呈現(xiàn)負(fù)相關(guān))；而當(dāng)角度為180 度時(shí)，相關(guān)性則達(dá)到“完美負(fù)相關(guān)”狀態(tài)(即A1 與B2 或A2 與B1完全對(duì)應(yīng))。值得注意的是，無論相位如何變化，兩個(gè)光子始終保持著獨(dú)立的50-50 相位分量。雖然兩個(gè)光子本身沒有模糊，但它們之間的相關(guān)性卻呈現(xiàn)出明顯的模糊化特征。

總結(jié)來說，圖7 所示的簡單疊加態(tài)意味著光子A同時(shí)存在于兩種狀態(tài)之間，單個(gè)光子的狀態(tài)在這兩種狀態(tài)間被“模糊化”。而像圖11 所示的糾纏態(tài)則意味著兩種狀態(tài)間的關(guān)聯(lián)性同時(shí)存在。這些關(guān)聯(lián)性是模糊化的，但無論相位如何變化，光子的狀態(tài)始終保持50-50 的均分比例，因此單個(gè)光子不會(huì)被模糊化。

措辭的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。單個(gè)疊加光子會(huì)同時(shí)處于兩種量子態(tài)(例如“路徑1”和“路徑2”)。一對(duì)糾纏光子則會(huì)同時(shí)表現(xiàn)出兩種關(guān)聯(lián)性(例如“相同”和“不同”)。

糾纏態(tài)的非局域性直觀易懂。舉個(gè)例子，如果控制光子A 的愛麗絲和控制光子B 的鮑勃事先約定，把兩者的光子相位調(diào)到完全一致(即兩者的相位差為零)，那么他們的觀測結(jié)果就會(huì)完美同步。這意味著當(dāng)愛麗絲的光子出現(xiàn)在A1 位置時(shí)，鮑勃的光子必定會(huì)出現(xiàn)在B1 位置。即便兩人身處不同星系，鮑勃也能瞬間讀取愛麗絲的觀測結(jié)果！

糾纏雙光子是一種高度統(tǒng)一的量子實(shí)體，其行為具有非局域性，且不受兩部分間距的影響。這種量子糾纏將兩個(gè)光子轉(zhuǎn)化為一對(duì)粒子——雖然每個(gè)光子本身呈現(xiàn)非相干態(tài)，但它們共同構(gòu)成了一個(gè)單一的相干實(shí)體。該實(shí)體會(huì)以類似單個(gè)非糾纏光子自干擾的方式產(chǎn)生自干涉現(xiàn)象。

九

薛定諤的貓：探測問題

在本節(jié)中，我們將發(fā)現(xiàn)前一節(jié)關(guān)于非局域性的見解使我們能夠解決一個(gè)眾所周知的長期問題，即“測量問題”或“薛定諤的貓問題”。

1935 年，埃爾溫·薛定諤寫了一篇題為《量子力學(xué)的現(xiàn)狀》的論文。它闡述了他對(duì)波函數(shù)等理論概念與實(shí)驗(yàn)室檢測電子和光子的真實(shí)世界之間的關(guān)系的看法。

薛定諤曾用“涂抹效應(yīng)”來描述這個(gè)“奇特案例”。所謂“涂抹效應(yīng)”，是指當(dāng)處于疊加態(tài)的量子對(duì)象(例如圖7 中處于路徑1 和路徑2 疊加態(tài)的光子)在D1 和D2 處被探測時(shí)所經(jīng)歷的變化。如圖8所示，這種探測具有不確定性，但D1 或D2 處的探測概率是可預(yù)測的。這些概率由干涉儀的“相位設(shè)置”或“路徑差”決定。舉例來說，若路徑差為45 度(即完整波長的八分之一)，則D1 處的探測概率為71%，D2 處的概率為29%。這意味著在長達(dá)數(shù)百次的實(shí)驗(yàn)中(例如相位差設(shè)為45 度時(shí)進(jìn)行100 次試驗(yàn))，光子在D1 處被探測到的概率約為71%，而在D2 處被探測到的概率約為29%。這正是量子不確定性原理的典型例證。薛定諤會(huì)說，光子在這兩次探測之間被“涂抹”了。

“探測問題”指的是分析此類場景中探測器工作狀態(tài)的難題。假設(shè)D1 探測到光子，它必須通過點(diǎn)擊聲或在紙上記錄數(shù)字“1”來做出宏觀標(biāo)記。但問題在于，當(dāng)用量子物理的數(shù)學(xué)理論分析這個(gè)過程時(shí)，結(jié)果似乎呈現(xiàn)出一種疊加態(tài)——宏觀探測器同時(shí)顯示D1 和D2 的狀態(tài)。這種現(xiàn)象既未被觀測到，也顯得荒謬至極。

為了解決這個(gè)問題，首先要注意到以下句子描述了這種矛盾的疊加：

光子沿路徑1 移動(dòng)，探測器D1 被觸發(fā)，AND

光子沿路徑2 移動(dòng)，探測器D2 被觸發(fā), (1)

其中單詞AND表示疊加。

描述(1)似乎處于一種“宏觀疊加態(tài)”，其中D1和D2 都會(huì)觸發(fā)。這顯然荒謬，且與實(shí)際情況相悖——在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室中，觀察者只會(huì)看到D1或D2中的一個(gè)被觸發(fā)，而不會(huì)同時(shí)看到兩個(gè)。問題出在哪里？

薛定諤用著名的“薛定諤的貓”案例闡釋了這個(gè)悖論。他設(shè)想一只被關(guān)在密閉房間里的貓，與放射性物質(zhì)和輻射探測器共同存在。這種放射性物質(zhì)被特意設(shè)計(jì)成在一小時(shí)內(nèi)至少發(fā)生一次衰變的概率為50%的量子態(tài)。當(dāng)探測器觸發(fā)時(shí)，會(huì)激活錘子打破毒氣瓶，導(dǎo)致貓死亡。他寫道：“從整個(gè)系統(tǒng)的波函數(shù)來看，這相當(dāng)于活貓與死貓的疊加態(tài)。”他指出：“放射性物質(zhì)的微觀不確定性已轉(zhuǎn)化為可通過直接觀測解決的宏觀不確定性。這種觀測使我們無法簡單地將模糊模型視為現(xiàn)實(shí)世界的鏡像。”這里所說的“模糊模型”，指的是像圖7 和圖8中光子那樣處于疊加態(tài)的物體。

綜上所述，薛定諤聲稱，他想象中的貓實(shí)驗(yàn)表明，量子“涂抹”(即疊加態(tài))可能導(dǎo)致一只貓同時(shí)處于生與死的疊加態(tài)，但這很荒謬。

我們將運(yùn)用第八節(jié)的見解來證明薛定諤是錯(cuò)誤的。這是因?yàn)椋缥覀儗⒁故镜模m纏態(tài)并不能描述一個(gè)模糊(即疊加)的探測器。

讓我們回到圖7 所示的干涉儀實(shí)驗(yàn)。當(dāng)光子穿過干涉儀(但在被探測之前)，光子處于以下形式的簡單疊加態(tài)：

光子沿路徑1

AND沿路徑2 傳播。 (2)

這描述了單個(gè)微觀物體——一個(gè)光子——的疊加態(tài)。這種微觀物體的簡單疊加在量子物理中很常見。(2)確實(shí)描述了一個(gè)“模糊”的光子。

檢測態(tài)(1)并非屬于此類情況，而是一種糾纏態(tài)。該態(tài)描述了兩種關(guān)聯(lián)的疊加：第一種關(guān)聯(lián)是“光子被檢測到水平路徑”與“探測器在D1 處記錄”之間的關(guān)系；第二種關(guān)聯(lián)則是“光子被檢測到垂直路徑”與“探測器在D2 處記錄”之間的關(guān)聯(lián)。這與圖11 中兩個(gè)糾纏光子的描述形成對(duì)比：

光子A在A1 處記錄

以及光子B在B1 處被記錄

AND光子A在A2 處記錄

以及光子B在B1 處被記錄

AND光子A在A2 處注冊(cè)

以及光子B在B2 處被記錄 (3)

其中AND表示疊加態(tài)。這并非像前文陳述(2)那樣的簡單疊加，而是類似于前文陳述(1)的糾纏態(tài)。與陳述(2)描述的單個(gè)量子系統(tǒng)同時(shí)呈現(xiàn)兩種狀態(tài)不同，陳述(3)所述的糾纏態(tài)則描述了兩個(gè)量子系統(tǒng)同時(shí)表現(xiàn)出兩種關(guān)聯(lián)性。

回顧前一章，當(dāng)兩個(gè)光子處于糾纏態(tài)時(shí)，它們都不會(huì)攜帶相位。用薛定諤的話來說，這兩個(gè)光子都不會(huì)被“模糊化”。這解決了量子檢測的難題。薛定諤對(duì)量子檢測的批評(píng)在于，那些“子系統(tǒng)”(可能包括一只貓)會(huì)被“模糊化”。但我們已經(jīng)看到，檢測態(tài)本身是糾纏態(tài)，這意味著子系統(tǒng)并非被“模糊化”，而是彼此獨(dú)立且不受相位影響。

因此，對(duì)糾纏的正確理解導(dǎo)致了量子物理學(xué)中最古老和最深刻的問題之一的解決方案，即探測(或“測量”)問題。

本文選自《現(xiàn)代物理知識(shí)》2026年1期YWA編輯