糾纏光子拍出“薛定諤貓”悖論照片

由未通過拍攝目標的光子拍攝的鏤空貓圖案。

　　 最近，奧地利物理學家設計出一種新奇方法，無需光與拍攝目標相互作用，利用量子效應也能拍出照片。這聽起來似乎顛覆了傳統物理的成像原理，他們用一個鏤空的貓圖案進行了實驗，雖不是一張同時“要死要活”的貓照片，卻是粒子能同時處于兩種狀態的證明。相關論文發表在8月28日的《自然》雜志上。

　　 據自然網站8月27日報道，量子成像要用成對光子，也就是糾纏的“孿生光子”，其中一個光子的量子態會與另一個連在一起。一個光子以某種概率可能地通過拍攝目標，另一個則進入探測儀。但進入探測儀的光子卻“知道”它孿生兄弟的命運，研究人員就是根據它“知道”的情況構建出圖像來。

　　 通常人們要收集從物體上反射來的光子才能拍照，該研究負責人、奧地利科學院物理學家安東·澤林杰說：“現在，你第一次不用這么做了。”這種技術的一個優點就是，兩個光子的能量不一定要相同，這意味著接觸目標的光與檢測信息用的光可以有顏色差異。比如，一個量子成像儀可以發射低能光子通過微量生物樣本，而用可見光波段的光子和傳統照相機來拍照。

　　 澤林杰和同事在1991年提出了這項技術的理論，實驗系統包含把每個光子轉變為一對糾纏光子的晶體，讓每個光子有兩條飛行路徑，但只有一條路徑通過拍攝目標。

　　 論文合著者、奧地利科學院的伽布里拉·萊默斯說，按照量子力學法則，如果不對光子通過了哪條路進行檢測，它實際上相當于通過了兩條路，在每條路上同時產生一個光子對。在第一條路徑上，光子對中的一個光子通過了拍攝目標，而另一個沒有。那個通過目標的光子會與另一個“概率自己”——也就是可能選擇了第二條路徑而沒有通過目標的光子——重新結合，然后繼續飛開；其余從第二條路徑通過的光子也會與它第一條路徑上的自己重新結合，然后直接進入攝像機，攝像機就利用這些光子來構建圖像，雖然這些光子從未與拍攝目標相互作用過。

　　 研究人員拍了一張幾毫米寬的鏤空貓圖樣，還有幾張蝕刻在硅片上的其他圖樣。他們用攝像機無法檢測到的光波長來探測到了圖形。“這一點非常重要，這是量子成像確實起作用的證據。”澤林杰說。

　　 澤林杰解釋說，選擇貓形是為了紀念薛定諤1935年提出的著名思想實驗。他假設了一只貓在盒子里同時處于死活兩種狀態，因為沒人知道盒子里的毒藥是否釋放。同樣，在新實驗中，沒人知道光子選擇了哪條路徑，由此產生了光子對中那個走兩條路而不通過目標的光子。