量子世界再添迷雾：科学家发现新型量子纠缠

这几天，物理学又搞出新闻了。

"幽灵般的超距作用"又添新剧情

还记得那个让爱因斯坦抓狂到揪自己头发的"幽灵般的超距作用"吗？抓紧了，因为量子世界刚刚把荒谬度提升到了新高度。

研究人员发现了一种全新形式的量子纠缠，这次是关于被困在极其微小结构中的光子的总角动量。

当我说"微小"时，我指的是比人类头发宽度还小一千倍的尺寸。这就是常规物理学在这里彻底崩溃的纳米尺度。

先来个基础科普。

量子纠缠是一种匪夷所思的现象：两个粒子变得如此紧密连接，以至于不管它们相隔多远，发生在一个粒子上的任何事情都会瞬间影响另一个。测量这边的粒子，银河系另一端的那个纠缠伙伴会立刻"知道"发生了什么。

这不只是物理学家的脑洞开，它是量子计算、量子加密和所有那些科技公司热衷吹嘘的量子技术的基础。

爱因斯坦：这是胡说八道（剧透：他大错特错）

1935年，阿尔伯特·爱因斯坦与两位同事鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森（后来在以色列理工学院创建了物理系）发表了著名的EPR论文，基本上是在说："这量子玩意儿简直荒谬绝伦。"

爱因斯坦特别讨厌信息似乎能比光速传播得更快的想法，因为这直接挑战了他珍视的相对论。他嗤之以鼻，称之为"幽灵般的超距作用"，坚信一定有更合理的解释。

但历史证明：爱因斯坦错了，而且错得离谱。这种"幽灵性"确实存在，量子物理学家几十年来一直在用实验证明这一点。

从"幽灵现象"到诺贝尔奖

再看另一位以色列理工学院的研究员阿舍尔·佩雷斯，他意识到粒子间这种诡异联系其实有用处。他与查尔斯·班尼特和吉尔斯·布拉萨德一起证明，纠缠可实现量子隐形传态。

注意这不是《星际迷航》里"斯科蒂，把我传上去"那种，而是一种在不同位置间传输量子信息的方法。

这个研究领域最终变得如此重要，以至于2022年，阿兰·阿斯佩、安东·蔡林格和约翰·克劳瑟因在量子纠缠领域的开创性工作获得了诺贝尔物理学奖。（有趣的是，阿斯佩和蔡林格都曾获得以色列理工学院的荣誉博士学位，然后才拿到诺贝尔奖牌。这是巧合吗？我看未必。）

光子：量子怪异现象的终极表演者

科学家已经用各种粒子和属性展示了纠缠，但这些装b的光子展现出了特别多的才艺。研究人员已经基于光子的方向、频率（颜色）、极化（电场的方向），甚至更抽象的属性如角动量实现了纠缠。

角动量在光子世界里分两种：

1. 自旋- 与光子电场的旋转有关
2. 轨道- 与光子在空间中的旋转运动有关

比如说地球：它既绕自轴自转（自旋），又绕太阳公转（轨道角动量）。当光子在普通光束中悠哉游哉地传播时，这两种属性各自安好，互不干扰。

当光子被塞进"牢笼"

事情现在变得真正有趣（完全疯狂）了。

当你强行把光子塞进比它们波长还小的结构中的空间时，它们就彻底崩溃了。之前分离的自旋和轨道组件被迫合并成一个单一属性：总角动量。

为什么科学家要这样折磨可怜的光子？主要有两个原因：

1. 微型化：就像我们把计算机从房间小缩小到口袋小一样，在更小空间里塞更多功能就是科技进步的本质。
2. 增强相互作用：当光子被关进小笼子时，它们与周围材料的互动变得异常激烈，这能产生普通状态下光子根本不可能实现的现象和应用。

重大发现：纳米牢笼中的新型纠缠

在这项发表在《自然》杂志上的研究中，由阿米特·卡姆和沙伊·泽塞斯博士领导的以色列理工学院研究团队做了前所未有的事情。

他们成功在这些纳米级系统中实现了光子纠缠，而且是仅基于它们的总角动量。

这不是对老掉牙纠缠现象的又一次展示，而是一种全新的变种——20多年来首次发现的重要新型量子纠缠类型。上一次有人发现新类型的量子纠缠时，人们还在用拨号上网，还在担心千年虫会毁灭世界。

研究人员像侦探一样追踪了光子从进入这些纳米结构到离开测量系统的整个诡异旅程。他们发现，这种强制性"监禁"大大扩展了光子可能存在的状态空间，就像逼迫习惯住豪宅的人突然适应火柴盒小的蜗居。

通过一系列能把圣人逼疯的精密测量，研究团队绘制了这些新状态的地图，成功使用这种特殊的纳米尺度特性实现了光子纠缠，并确认了表明真正量子纠缠存在的光子对之间的明显相关性。

这和你有什么关系？

这不是科学家们自嗨的学术游戏。这一发现可能彻底改变量子通信和量子计算组件的尺寸。比如：智能手机小的量子计算机，而不是整个房间塞满需要比宇宙深空还冷温度才能运行的庞设备。

当前的量子技术又又娇气，需要极端环境才能运作。这种新形式的纠缠可能帮助将量子设备缩小到实际可用的尺寸。量子互联网、真正便携的量子加密、不需要专用实验室的量子传感器……所有这些可能因为这一发现而从科幻变为现实。

下一步是什么？

可能性既振奋人心又让人眼花缭乱。这一发现为量子工程开辟了全新道路，未来的量子设备很可能利用这种新发现的纠缠形式执行传统方法完全无法实现的操作。

研究团队无疑已经在探索各种应用，从超安全量子通信渠道到革命性的量子逻辑门。考虑到以色列理工学院将基础发现转化为实用技术的成功历史，这一理论突破在十年内变成商业应用也不足为奇。

宇宙比我们想象的更诡异（再次确认）

如果量子物理学有一个永恒主题，那就是现实远比我们人类进化出来的脑能够直观理解的要奇怪得多。每当我们自以为已经理解了量子怪异性，总会有这样的新发现跳出来，无情地提醒我们：你们这些人类，还只是在量子现实的表面瞎摸索而已。

爱因斯坦可能称量子纠缠为"幽灵般的"，但更贴切的描述应该是"无尽的惊喜盒子"。量子世界不断揭示出新的奇特面貌，而每一次揭示都带来全新的技术可能性。

爱因斯坦可能正在坟墓里翻身（带着可精确测量的角动量），但我们这些凡人只能惊叹于量子物理学的这一个现实比任何科幻小说都更令人目瞪口呆的领域。

注：这项研究由以色列理工学院完成，成果发表在《自然》杂志上，DOI：10.1038/s41586-025-08761-1