哈嘍，大家好，今天小墨這篇評(píng)論，主要來分析量子世界有多瘋狂，因果能倒置，時(shí)間可疊加。

在咱們的日常認(rèn)知里，因果順序從來都是板上釘釘?shù)氖隆Ｏ绕鸫苍偎⒀?，先做飯?jiān)俪燥?，反過來想都會(huì)覺得離譜。

可要是告訴你，在量子世界里，“先踢球碎窗”和“先碎窗再踢球”能同時(shí)發(fā)生，你會(huì)不會(huì)覺得難以置信？這種打破常識(shí)的現(xiàn)象，就是量子世界獨(dú)有的“不確定因果順序”。它就像給宏觀世界的因果律開了個(gè)玩笑，卻真實(shí)存在于微觀粒子的運(yùn)行規(guī)律中。

要理解不確定因果順序，得先從量子世界最基礎(chǔ)的“疊加態(tài)”說起。想必大家都聽過薛定諤的貓這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，一只貓?jiān)诤凶永?，沒打開查看之前，它就處于既死又活的疊加狀態(tài)。

這不是玄學(xué)，而是量子世界的基本特性。在微觀層面，位置、時(shí)間這些我們以為固定的概念，都可能變得模糊不清。

就像一個(gè)光子，它能同時(shí)處于穿過縫隙和不穿過縫隙的狀態(tài)，只有當(dāng)我們?nèi)y(cè)量它時(shí)，這種疊加態(tài)才會(huì)坍縮成一個(gè)確定的結(jié)果。

因果順序也是一樣。在宏觀世界里，“A導(dǎo)致B”和“B導(dǎo)致A”是完全相反的兩個(gè)過程，不可能同時(shí)出現(xiàn)。但在量子世界中，這兩種因果過程卻能像薛定諤的貓那樣，處于疊加狀態(tài)。

昆士蘭大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)曾提出“引力量子開關(guān)”的思想實(shí)驗(yàn)。想象有兩個(gè)觀察者Alice和Bob，他們處在一顆恒星附近，最初時(shí)鐘完全同步。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，離恒星越近，時(shí)間流逝得越慢。

在量子世界里，恒星可以處于空間疊加態(tài)。這就意味著，一種狀態(tài)下Alice離恒星更近，她的時(shí)鐘走得慢；另一種狀態(tài)下Bob離恒星更近，他的時(shí)鐘走得慢。

要是讓兩人在自己時(shí)鐘顯示中午時(shí)傳遞信息，就會(huì)出現(xiàn)“Alice先傳信息給Bob”和“Bob先傳信息給Alice”同時(shí)發(fā)生的情況，這就是不確定因果順序最直觀的體現(xiàn)。

引力量子開關(guān)目前還沒法在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)，但物理學(xué)家早就通過其他方式，在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證了不確定因果順序。2015年，德國帕德博恩大學(xué)的Lorenzo Procopio和他的團(tuán)隊(duì)，就創(chuàng)建了第一個(gè)基于光子的量子開關(guān)。

他們的實(shí)驗(yàn)思路很巧妙，沒有用恒星這種大質(zhì)量天體，而是用一個(gè)二能級(jí)量子態(tài)來控制因果順序。研究人員向分束器發(fā)射一個(gè)光子，這個(gè)光子會(huì)進(jìn)入疊加態(tài)：一部分直接穿過分束器，另一部分被偏轉(zhuǎn)90度。

穿過分束器的光子會(huì)先到達(dá)Alice的裝置，在這里完成一次偏振旋轉(zhuǎn)，再傳到Bob的裝置進(jìn)行另一次旋轉(zhuǎn)；被偏轉(zhuǎn)的光子則會(huì)先到達(dá)Bob的裝置，再到Alice的裝置。這兩個(gè)過程同時(shí)存在，直到光子到達(dá)第二個(gè)分束器被測(cè)量，疊加態(tài)才會(huì)消失。

2017年，研究團(tuán)隊(duì)又用“因果見證者”這一數(shù)學(xué)工具，精準(zhǔn)驗(yàn)證了這個(gè)量子開關(guān)中的不確定因果順序。

簡(jiǎn)單說，就是通過一系列實(shí)驗(yàn)計(jì)算，確定系統(tǒng)確實(shí)處于兩種因果順序的疊加中，而非單一的確定順序。從那以后，多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)都成功復(fù)刻了類似的量子開關(guān)實(shí)驗(yàn)。

更有意思的是，量子科技中心11月8日發(fā)布的研究顯示，科研人員還發(fā)現(xiàn)了不確定因果順序帶來的反常熱流現(xiàn)象。

在經(jīng)典熱力學(xué)中，熱量只會(huì)從高溫物體流向低溫物體，但在量子世界里，當(dāng)兩個(gè)熱化通道的作用順序存在不確定性時(shí)，熱量有時(shí)會(huì)從較冷的實(shí)體流向較熱的實(shí)體。

研究人員還基于這個(gè)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出了具有因果順序不確定性的量子奧托循環(huán)。他們?cè)诠庾恿孔訉?shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了模擬，驗(yàn)證了這個(gè)裝置既能實(shí)現(xiàn)制冷效應(yīng)，還能對(duì)外做功。這種突破經(jīng)典熱力學(xué)規(guī)律的現(xiàn)象，也從側(cè)面證明了不確定因果順序的應(yīng)用潛力。

可能有人會(huì)覺得，這些量子現(xiàn)象離我們太遠(yuǎn)，頂多算是科研圈的獵奇話題。但實(shí)際上，不確定因果順序早已進(jìn)入實(shí)用化探索階段。

2019年，中國物理學(xué)家潘建偉帶領(lǐng)的國際團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)，量子開關(guān)能極大提升分布式計(jì)算的效率。在分布式計(jì)算中，數(shù)據(jù)需要先由一方處理，再傳遞給另一方繼續(xù)處理。研究人員通過光子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有不確定因果順序的系統(tǒng)，在處理長(zhǎng)數(shù)據(jù)串時(shí)，速率能實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)加速。

牛津大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)也通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，不確定因果順序可能顯著提高量子計(jì)量學(xué)的精度。這意味著未來在精密測(cè)量領(lǐng)域，比如醫(yī)療檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面，這種量子特性或許能發(fā)揮重要作用。

不過也有需要客觀看待的地方，并不是所有領(lǐng)域都能靠不確定因果順序?qū)崿F(xiàn)突破。比如物理學(xué)家曾認(rèn)為它在噪聲信道通信上有優(yōu)勢(shì)，但實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，有些確定因果順序的配置，能達(dá)到和它一樣的效果。