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转载请先联系keyanquan@huanqiukexue.com 图片来源：sciencedaily.com “先有鸡还是先有蛋”这一古老的争论谜题，最早是由古希腊哲学家提出的因果困境。在现实世界里也不难发现，一个事件的发生常由另一个事件引起，即事件间存在着因果关系。然而在量子的世界里，“因”和“果”两个事件却可以同时互为因果，即作为“结果”的事件也可以导致原来作为“原因”的事件的出现。 最近，这种不确定因果顺序（indefinite causal order）被物理学家以实验的方式证明，该成果于 2018 年 8 月 31 日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。 “在量子物理中，因果关系并不总是一个事件引起另一个事件那样简单。量子力学中的不可思议之处在于事件可以在没有固定顺序的情况下发生。” 来自澳大利亚昆士兰大学（University of Queensland）工程量子系统卓越中心（Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems）的博士雅基·罗梅罗（Jacqui Romero）说：“比如你每天去上班，需要乘火车和公交车。一般来说，你可能先乘火车再转乘公交车，或是反过来。而在我们的实验中，乘火车和坐公交可以同时发生。这就叫做‘不确定因果顺序’。这种因果关系在我们的平日生活中是无法观测到的。” 为了观察不确定因果顺序效应，罗梅罗团队设计出了“光量子交换器”（photonic quantum switch）来展示这种效应： 首先，他们创造了两个操作算符 A 和 B，用光量子交换器来控制对光子执行 A 和 B 两种操作的顺序：1. 先进行操作 A，再进行操作 B；2. 先进行操作 B，再进行操作 A；3. 进行前面两种顺序操作的叠加态。 罗梅罗小组的实验建立在光子的极化相干基础上，因此上述 A 和 B 两个操作都只会发生在特定的空间位置，独立于操作发生的顺序。 接着他们使用干涉仪（interferometer）将光子分束再叠加在一起，中断了不确定因果顺序的可能性。最后，研究人员构建了一个 “因果目击者”（causal witness），成功地测量了超出定序界限的 18 个标准差。这也就从实验上证明了光子的量子行为可以存在不确定因果顺序。 这一结果让科学家们开始重新思考我们对“先后”顺序概念的理解。 光量子交换器中的操作 图片来源：论文 |
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