量子糾纏走向宏觀：「測不準原理」被打破

以前科學家只在微觀世界中觀測到量子糾纏現象——兩個粒子隔空同步的神奇狀態。最近，物理學家在宏觀尺度上也觀測到這種現象，併發現它打破了量子學上經典的不確定性原理（uncertainty principle，又譯作測不準原理）。

這項研究使用兩面只有10微米左右的小鋁鼓，用微波光子使它們的鼓膜振動，保持它們的位置和速度處於同步狀態。這樣的尺度只有人類毛髮直徑的五分之一大小，對於人類眼睛能看到的世界來說，還是非常小，可是對於量子物理掌控的微觀世界來說，已經是巨大的物體。

處於量子糾纏狀態下的粒子展現出一些用經典物理理論無法解釋的特性，在很多領域有著重要的用途。科學家以前認為，如果發生在宏觀世界，這種現象展現的物理特性可能和微觀下並不相同。

這份研究發現情況並非如此。實際上，這份研究看到的大尺度量子糾纏現象也遵循和微觀世界一樣的量子規律。

以前也有研究報告過宏觀量子糾纏現象，這份新研究有了很大進展：第一次能夠對糾纏的物體進行測量，而不是推測得到估計值；並且很確定地產生了物體的糾纏狀態，不存在隨機的幾率。

因為量子狀態很容易受到外界因素的干擾，所以為了避免小鼓受到干擾，研究人員把它們冷卻到零下273攝氏度左右的低溫。兩面小鼓的狀態被編碼寫入一個類似雷達的反射微波場內，可以分別進行測量。

這份研究最引起同行關注的地方在於，它繞開了德國物理學家維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）提出的不確定性原理。海森堡認為，在量子力學里，粒子的位置與動量不可能同時被測量，或者說對一方的測量會對另一方產生干擾，也叫做量子反作用（quantum back action）。

這份研究卻避開了量子反作用，能夠同時測量兩面小鼓的位置和動能。

主要研究者之一芬蘭阿爾托大學（Aalto University）的物理學家梅西埃（Laure Mercier de Lepinay）說：「我們的研究中，兩面小鼓展現的是一種合作的量子運動狀態，它們以相反的相位振動，比如其中一個位於振動週期結束的位置，而與此同時，另一個則位於振動週期開始的位置。在這樣的情形下，如果把兩面小鼓看作一個量子機械實體，那麼小鼓運動中的量子不確定性就被抵消了。」

研究稱，這項實驗是從根本上洞察經典物理（不受控於不確定性原理）和量子物理（受控於不確定性原理）之間的界限。

研究人員希望這項成果為將來能夠在宏觀尺度上讓兩個物體發生糾纏、並控制它們奠定基礎。宏觀糾纏在量子網絡中有重要用途，將推動下一代通信網絡的發展。

這份研究5月30日發表於《科學》（Science）期刊。