中國基礎科學重大成果！無漏洞驗證哈代悖論，量子力學又贏麻了！
這可能是中國基礎科學的重大成果！中科大團隊世界上首次實現對哈代悖論的無漏洞測試，驗證了量子非局域性——愛因斯坦不相信的量子糾纏幽靈般超距作用的存在，量子力學再次贏麻了！這項研究已發表在8月7日的《物理評論快報》上。
哈代悖論是加拿大理論物理學家盧西安·哈代1992年提出的量子力學思想實驗，讓著名的物質與反物質相互作用變得毫無意義。你可能耳熟能詳的一句話就是，物質與反物質相遇會發生湮滅，釋放出巨大的能量。
但哈代認爲，由於波函數坍縮需要觀測，因而存在這樣一種可能性，當相互作用無法觀測到時，互相糾纏的粒子和反粒子具有一種非零的概率，可以不發生湮滅而存活下來。但由於這種相互作用必須保持不可見，所以沒有人會注意到這種情況的發生，這就是這個思想實驗被稱爲哈代悖論的原因。
你可能已經目瞪口呆了，什麼？沒有人類的圍觀，連物質和反物質都不湮滅了？這不可能，絕對不可能！
後來科學家們提出，利用適用電子和正電子的兩個馬赫-曾德干涉儀可以驗證這一現象，每個干涉儀都由兩個分束器和彎曲的路徑構成。一對相互糾纏的正負電子產生後，分別進入兩個干涉儀，並在各自的路徑上形成量子疊加態。
正電子和電子在疊加態下，可以同時走w+、v+和w−、v−路徑，對應於哈代悖論中的四個事件：
事件一：正電子走w+，電子走v-，都能到達檢測器；
事件二：正電子走v+，電子走w-，都能到達檢測器；
事件三：正電子走v+，電子走v-，都能到達檢測器；
事件四：正電子走w+，電子走w-，在P點相遇併發生湮滅，按理說它們應該無法到達檢測器，然而由於量子力學的不確定性，仍然存在極小的概率，它們沒有湮滅併到達了檢測器。這正是量子力學中違反經典物理直覺的部分，也就是哈代悖論想要展示的。
如果你還不明白，我們可以用石頭剪刀遊戲來做個類比。
你和你老婆在互相看不見的兩個房間裏玩這個遊戲，只能出石頭和剪刀，你們的面前有一個屏幕顯示結果，但只會顯示贏家。
如果你出石頭你老婆出剪刀，屏幕會顯示你贏了，你老婆得去洗碗。
如果你出剪刀你老婆出石頭，屏幕會顯示你老婆贏了，你得去洗碗。
如果屏幕顯示你們都贏了，說明你們都出的是石頭，沒有人去洗碗。
這些都是符合經典物理規則的，說明在這三種情況下，屏幕都可以正常顯示贏家，這是哈代悖論中的三個事件。
還有一種情況是，如果你們都出剪刀，按理說屏幕不應該顯示任何結果，因爲兩人都沒有贏，這就是哈代悖論中的第四個事件。但這樣就沒人去洗碗，下頓飯就沒有着落了。
量子力學這時候出來作妖了，它鼓動說你們是夫妻，心有靈犀，處於量子糾纏的疊加態中，出手時不管是石頭還是剪刀，其實都還沒有定論，只有屏幕顯示那一瞬間，波函數纔會坍縮，出現一個確定的結果。
這意味着即使你們都出剪刀，仍然有一個極小的概率，屏幕會顯示你或你老婆贏了，而另一方就得去洗碗。經典物理對此束手無策，但量子力學允許這種不尋常的事情發生！
是不是覺得不可思議？匪夷所思？經典物理中絕不可能出現這種情況，但量子力學堅稱這是有可能的，不信可以做實驗。但這個實驗卻非常困難，因爲這個幾率太小了，任何局域漏洞和檢測漏洞都可能影響實驗結果。
前面說的用電子-正電子對來做這個實驗基本不現實，因爲帶電粒子容易受到外部電磁場的干擾，要讓它們既能通過量子糾纏保持相互作用，同時又不湮滅，操作起來非常困難，實驗條件也非常複雜。
中科大潘建偉教授團隊長期以來深耕光量子領域，這次設計了一套非常精密的實驗，利用糾纏的光子對來驗證哈代悖論。
之所以稱爲無漏洞測試，是因爲這次實驗：
一是將兩套測量設備進行了遠距離獨立設置，以確保不同粒子的測量不會相互干擾。
二是使用了超級靈敏的探測器，效率高達82.2%，能非常精準地捕捉到量子粒子的狀態，避免“漏掉”任何關鍵信息。
三是使用了高速量子隨機數生成器來決定每次的測量設置，確保實驗結果不會受到任何外部因素干擾，而是完全依賴於量子力學的特性。
經過6小時超過43億次的實驗，研究人員觀察到了哈代悖論的強烈違背，概率爲4.646✖10^-4 ，達到了五個標準差。這意味着確實有萬分之五左右的幾率，正反粒子不會湮滅，你和你老婆即使都出剪刀，仍有一方會贏。
零假設檢驗進一步確認了結果不能用局域實在性理論來解釋，上限概率爲10^-16348。這意味着經典物理敗得一塌糊塗，量子力學勝得毋庸置疑！
這項實驗成功驗證了量子力學中的哈代悖論，證明了愛因斯坦量子糾纏“幽靈般超距作用”的確切存在，爲我們揭示了更深層次的宇宙規律，或將推動量子物理學及相關技術的發展。
參考文獻：
“Loophole-Free Test of Local Realism via Hardy’s Violation” by Si-Ran Zhao, Shuai Zhao, Hai-Hao Dong, Wen-Zhao Liu, Jing-Ling Chen, Kai Chen, Qiang Zhang and Jian-Wei Pan, 7 August 2024, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.060201
