量子非交換效應首獲實踐驗證，照亮通向量子加密技術之路
從你那里拿走一些東西，剩下的會比原來的還多？不要驚訝，這不是橘子，而是量子。意大利科學家的一項最新研究發現，從一束激光中去除一個光子，剩余的光子可能比原來的還多。這是科學家首次利用實踐證實量子物理中的一個基本規則——量子非交換效應（quantum non-commutative effect）。該研究成果照亮了通往量子加密技術的道路，相關論文發表在9月28日的《科學》雜志上。
從理論上來說，科學家已經知道，按照不同的順序進行量子操作會導致不同的結果。這從海森堡測不準原理（Heisenberg uncertainty principle）可見一斑。該原理認為，不可能同時確定一個粒子的精確位置和動量，因為要測量這兩個量必定會影響到粒子的屬性。而該理論的數學表達式說明，測量位置和動量的先后順序會影響得到的結果。
在最新的研究中，意大利應用光學國家研究所（National Institute of Applied Optics）的Marco Bellini和同事利用實驗驗證了這一怪誕的問題。他們將一束激光穿過旋轉的玻璃盤，這會在一定程度上增加該定向激光的混亂狀態。盡管無法知曉激光束中光子的精確數量，但科學家可以通過量子態探測器確定光子的平均數量。隨后，利用一種已被證實的技術，研究人員對激光束進行了兩次操作——先加入一個光子再去除一個光子，以及先去除一個再加入一個。結果發現，兩次實驗最終測得的光子平均數量并不相同。
值得注意的是，在某些條件下甚至還會出現這樣的情況，即去除一個光子后，激光束的平均光子數量還會增加。Bellini說，“不要忘了這是量子層面，如果研究的是乒乓球就不會這樣了。”
美國羅徹斯特大學的Robert Boyd評價說，“這項實驗進行得很漂亮，它是我所知曉的對非交換量子理論最直接的驗證。”此外，Boyd對Bellini的認識表示了認同，實驗中添加或減少光子的技術原則上可應用于設計光線，從而為利用量子方法進行信息加密帶來不可思議的幫助。
對光子來說，1+2并不等于2+1（圖片來源：Nature）
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