近日,中国科学家潘建伟院士团队的一项量子实验成果,终结了一场持续近百年的物理学巅峰对决。
近日,中国科学家潘建伟院士团队的一项量子实验成果,终结了一场持续近百年的物理学巅峰对决。对决的双方,是爱因斯坦和玻尔。这场学术界的“神仙打架”因何而起?结局究竟谁输谁赢?
量子科技在“十五五”规划建议里排在未来产业之首,但你可能不知道量子的提出和基础研究其实已有百年之久。爱因斯坦和玻尔的争论,就要从光量子这种令人费解的“双重人格”说起。
科学家发现,光就像一位拥有两副面孔的天才演员。有时,它像水波,当它穿过两道狭缝,会像水波一样形成“涟漪”,最终在屏幕上显现出“斑马线”一样明暗相间的干涉条纹。有的时候,它又像一颗颗弹珠,当光照射在金属板上,能像打台球一样,把金属里的电子打出来,产生电流。
不过最神奇也最让人困惑的是,这两种现象似乎不能同时被捕捉。爱因斯坦和玻尔的争论,正根植于此。
爱因斯坦坚信,这只是我们的观测方式太笨拙,一定存在更聪明的方法,能同时揭开光的双重面具,而玻尔却提出一个更颠覆的观念:这不是观测的缺陷,而是微观世界的终极法则——不可能同时获得光子的路径和保留干涉条纹!
中国科学技术大学潘建伟院士团队,基于爱因斯坦的设想,设计了一个无比精妙的实验:用一个原子来充当“狭缝”。因为原子足够轻盈,当光子撞击这个原子时,科学家可通过原子的振动方向精准测算出光子的运动轨迹,这样就可以完美复现爱因斯坦百年前的思想实验,来看看在远处的屏幕上还会不会留下明暗相间的干涉条纹。
如同玻尔所预言的那样,当科学家成功捕捉到光子的运动轨迹时,屏幕上的波纹竟悄然隐去;而当屏幕上的条纹清晰显现时,原子“狭缝”的振动数据却变得模糊不清,再也无法还原出单个光子的路径。或许,爱因斯坦所寻找的那种“两全其美”的观测方式,在自然的根本法则中并不存在。

从这个实验来看,貌似爱因斯坦输了,然而这场跨越百年的争论,真正的价值远不止于胜负。爱因斯坦的深刻质疑与玻尔的革命性构想,共同为人类打开了一扇认知微观世界的大门。
如今,我们得以利用微观粒子的“双重身份”,建造计算能力颠覆想象的量子计算机,利用量子纠缠的“魔法”,打造安全的量子通信网络。百年前“光的谜题”,正指引我们走向一个算力超群、通信无忧、感知极致的量子未来。
