量子纠缠似乎比我们的物理现实中的任何东西更接近科幻小说。但是根据量子力学的定律 - 物理学的一个分支，用原子和亚原子粒子的尺度描述世界 - 爱因斯坦曾经怀疑地认为是“远距离的幽灵行为”的量子纠缠，实际上是真实。

　　想象一下宇宙两端的两个尘埃，相隔数十亿光年。量子理论预测，无论分开它们的距离是多远，这两个粒子都可以纠缠在一起。也就是说，对其进行的任何测量都将立即传达有关其合作伙伴未来测量结果的信息。在这种情况下，对中每个成员的测量结果可能变得高度相关。

　　相反，如果宇宙表现得像爱因斯坦想象的那样 - 粒子在测量之前具有自己的，明确的属性，并且局部原因只能产生局部效应 - 那么应该有一个上限。对这些粒子的每个成员的测量可以是相关的。50多年前，物理学家约翰·贝尔量化了这个上限，现在被称为“贝尔不等式”。

　　在之前的许多实验中，物理学家已经观察到粒子之间的相关性超过Bell不等式所设定的极限，这表明它们确实是纠缠的，正如量子理论预测的那样。但是，即使世界不受量子力学的支配，每个这样的测试都会受到各种“漏洞”的影响，这些场景可能会解释观察到的相关性。

　　现在，来自麻省理工学院，维也纳大学和其他地方的物理学家已经解决了贝尔不等式测试中的漏洞，被称为选择自由的漏洞，并且即使在这个漏洞存在漏洞的情况下，也已经展示了量子纠缠的强大证据。显着受限制。

　　“量子力学怀疑论者留下的房地产已大幅缩水，”麻省理工学院科学史教授和物理学教授戴维凯撒说。“我们还没有摆脱它，但我们已经将它缩减了16个数量级。”

　　包括Kaiser在内的研究团队; 麻省理工学院Victor F. Weisskopf物理学教授Alan Guth; 麻省理工学院研究助理安德鲁弗里德曼; 来自维也纳大学和其他地方的同事已将其成果发表在“ 物理评论快报”杂志上。

　　关闭量子替代品的大门

　　选择自由的漏洞是指实验者在选择实验装置时可以完全自由地从粒子的类型到缠结，以及他们选择在这些粒子上进行的测量。但是如果有一些其他因素或隐藏变量与实验设置相关，那么结果似乎是量子纠缠，实际上它们是一些非量子机制的结果呢?

　　物理学家试图通过极其可控的实验来解决这个漏洞，在这些实验中，他们从单一光源产生一对纠缠光子，然后将光子发送到两个不同的探测器并测量每个光子的特性以确定它们的相关程度或纠缠。为了排除隐藏变量可能影响结果的可能性，研究人员在每个探测器上使用随机数发生器来确定要测量的每个光子的特性，在光子离开光源到达探测器之间的瞬间。

　　但是有一个机会，无论多么微小，隐藏变量或非量子影响可能会影响随机数发生器，然后才能将其瞬间决定转发给光子探测器。

　　“量子纠缠的核心是这些粒子对测量结果的高度相关性，”凯撒说。“但是，如果怀疑论者或评论家坚持认为这些相关性不是由于这些粒子以完全量子力学的方式起作用的呢?我们想要解决这些相关性在没有我们注意到的情况下是否存在任何其他相关性的方式。”

　　“星星对齐”

　　2014年，Kaiser，Friedman和他们的同事Jason Gallicchio(现在是Harvey Mudd学院的教授)提出了一项实验，将来自星球或类星体等天文来源的古代光子用作“宇宙设定发生器”，而不是地球上的随机数发生器，确定每个纠缠光子的测量值。这种宇宙光将从很远的物体到达地球 - 距离数十亿到数十亿光年。因此，如果某些隐藏变量干扰了测量选择的随机性，他们就必须在光离开宇宙源之前，在地球实验进行之前很久就设置了这些变化。

　　在这篇新论文中，研究人员首次通过实验证明了他们的想法。该团队，包括维也纳大学和奥地利科学院的Anton Zeilinger教授和他的团队，在维也纳的一所大学实验室的屋顶上设立了一个产生高度纠缠的光子对的来源。在每次实验中，他们将相反方向的纠缠光子射向几个街区外的建筑物中的探测器 - 奥地利国家银行和第二座大学建筑。

　　研究人员还在两个探测器站点设置了望远镜并对它们进行了恒星训练，其中最接近恒星的距离约为600光年，他们之前已经确定这些恒星会向它们的方向发射足够的光子或星光。

　　弗里德曼说：“在那些夜晚，星星一致。” “对于像这样的明亮恒星，进入的光子数量可能就像一个火焰。所以我们有这些非常快速的探测器可以在亚纳秒时间尺度上记录宇宙光子的探测。”

　　与爱因斯坦“失控”

　　在纠缠光子到达探测器之前的几微秒内，研究人员使用每个望远镜快速测量入射恒星光子的特性 - 在这种情况下，无论其波长是否比特定参考波长更红或更蓝。然后，他们利用恒星600年前产生的恒星光子的随机特性来确定要测量的入射纠缠光子的特性。在这种情况下，红色恒星光子用信号通知探测器来测量特定方向上的纠缠光子的偏振。蓝色恒星光子将设备设置为沿不同方向测量缠结粒子的极化。

　　该团队进行了两次实验，每次实验仅持续三分钟。在每种情况下，研究人员测量了大约100,000对纠缠光子。他们发现光子对的偏振测量值高度相关，远远超过贝尔不等式的界限集，其方式最容易用量子力学解释。

　　“我们找到的答案与量子力学在很大程度上是一致的，并且与爱因斯坦式的预测一样极其严重，”凯撒说。

　　结果表明，与先前解决选择自由漏洞的努力相比，改进了16个数量级。

　　“所有先前的实验都可能受到这个奇怪的漏洞影响，以解释每次实验前微秒的结果，而不是我们的600年，”凯撒说。“所以它相差百万分之一秒，相比之下600年的秒数 - 相当于16个数量级。”

　　“这个实验推迟了阴谋可能开始的最新时间，”Guth补充道。“我们说，为了在我们的实验中模拟量子力学的一些疯狂的机制，这个机制必须在600年前就已经到位，以便我们今天在这里进行实验，并发出恰到好处的光子消息最终会重现量子力学的结果。所以这是非常牵强的。“