1亿亿分之2秒！中奥测出量子纠缠速度：电子既离开又没有离开！

想象一下，你和朋友相约去看电影，但时间有些混乱——你们既早到了，也晚到了。这听起来似乎很荒谬，好吧，欢迎来到量子世界！在这个奇妙的地方，不仅人们的时间会搞乱，连电子的“离开”时刻也是个谜。最近，中国和奥地利科学家的合作团队，利用超级计算机模拟了一场电子之间的“约会”，揭示了电子离开原子时的神秘现象——量子纠缠是如何诞生的。这项研究已发表在10月15日《物理评论快报》上。

• 量子纠缠：宇宙中的隐形“红线”

量子纠缠，你可以把它想象成两个粒子之间的神秘“红线”——不管它们相距多远，它们都会互相影响。假如你踢了一个电子一脚，另一个纠缠的电子，无论身处宇宙的哪一个角落，都会立刻感受到你这一脚飞毛腿的威力。这种超光速的瞬时响应，连爱因斯坦都头疼，甚至称之为“鬼魅般的远距作用”。

但是，纠缠的电子是怎么开始这种“超时空约会”的呢？这一直是个未解之谜，直到现在。

• 阿秒：时间的“蜻蜓点水”

科学家们发现，电子之间的纠缠关系在极短的时间内发生——以阿秒为单位。一阿秒是100亿亿分之一（10^-18)秒，基本上就是时间的“蜻蜓点水”，你眨眼的一瞬间都可以分成无数个阿秒。

研究团队使用强激光脉冲轰击原子，模拟电子的活动。他们观察到，当一个电子因为激光的冲击“飞离”原子时，另一个电子会吸收能量跳到更高的能级。这时，两个电子便陷入了量子纠缠的“爱情故事”中，就像电影里的“灵魂伴侣”一样，它们从此心有灵犀一点通，没有任何距离可以阻断它们之间的心灵感应。

• 电子的离开时间：无法确定的“幽灵约会”

不过，这个“离开”时刻有点让人摸不着头脑——电子的离开时间竟然是不确定的。是的，你没看错，电子自己都不知道它什么时候离开的！这就像约会时你自己早就已经走了，但又是在晚餐后才告别，关键是这些印象同时存在于你的脑子里。这是因为电子处在一种叫量子叠加态的奇妙状态中，它既“早走”又“晚走”，一直到你实际进行测量时，电子才“决定”它到底是何时离开的。

科学家们发现，电子的离开时间与另一个还留在原子中的电子的能量状态有关。如果那个留下来的电子能量较高，那么飞走的电子大概率早些离开；而如果留下的电子能量较低，飞走的电子可能会“晚走”点儿。这个离开时间的差距通常只有232阿秒——一一亿亿分之2秒。

• 测量：揭开电子的秘密

那么，是什么决定了我们能够确切知道电子的离开时间呢？答案是测量。测量就像你去餐厅找朋友确认他们是否还在。你一看，他们就在那儿，那离开的时间就确定了。同样地，当我们对电子进行测量时，电子的量子状态就从“既走了又没走”变成了“已经走了”或“还没走”，一切尘埃落定。

• 为什么这很重要？

或许你会问：“这对我有什么影响呢？”实际上，这项研究可能会彻底改变我们对量子纠缠的理解，而量子纠缠是量子计算和量子加密等未来技术的基石。理解电子在阿秒级别上的行为有助于我们开发出更先进、更安全的量子技术，也就是说，未来你的电脑、手机、甚至你的银行账户，都可能依赖这些小小的电子在超时空中的“红线”关系。

• 欢迎来到量子世界

在量子世界里，时间不是你以为的那样，也没有所谓的“准时”或“迟到”。就像这项研究表明的那样，电子可以同时处于多个时间点上，只有当我们测量时，它才会最终选择一个具体的时刻。下次你约会迟到时，就可以甩锅给量子物理了：“我其实既早到也晚到了，只是你还没测量我！”

这项研究发表在10月15日《物理评论快报》上。

参考文献：

Jiang, W.-C., Zhong, M.-C., Fang, Y.-K., Donsa, S., Březinová, I., Peng, L.-Y., & Burgdörfer, J. (2024). Time delays as attosecond probe of interelectronic coherence and entanglement. Physical Review Letters, 133(16), 163201. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.163201