1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森(EPR)提出一個論點(diǎn)，聲稱量子力學(xué)對實(shí)在性的描述不完整。該論點(diǎn)基于“局域?qū)嵲谛浴奔僭O(shè)。約翰·貝爾隨后提出了一種實(shí)驗方案來檢驗這些“局域?qū)嵲谛浴奔僭O(shè)，這些貝爾測試已經(jīng)在一些小的系統(tǒng)，例如電子或光子，否定了這個假設(shè)?，F(xiàn)在，瑞士巴塞爾大學(xué)的Paolo Colciaghi及其同事在由數(shù)百個原子組成的更大的原子團(tuán)上檢驗了EPR佯謬。

大多數(shù)貝爾測試是在成對的單粒子上進(jìn)行，而Colciaghi及其同事使用的是數(shù)百個銣-87原子構(gòu)成的原子團(tuán)。他們首先在勢阱中制備單個玻色—愛因斯坦凝聚體，然后調(diào)控相互作用使凝聚體內(nèi)的原子產(chǎn)生糾纏(如圖所示)。一旦從勢阱中釋放出來，凝聚體會膨脹形成兩團(tuán)相互糾纏的原子團(tuán)，相隔可達(dá)100μm。為了對佯謬開展檢驗，需要測量兩個非對易可觀察量。Colciaghi及其同事沒有像EPR設(shè)想的那樣使用位置和動量，而是使用“贗自旋”——一對量子態(tài)，它們像自旋一樣構(gòu)成了一個兩能級系統(tǒng)。這些“自旋”由兩個超精細(xì)能級定義，每個原子團(tuán)的自旋由一個能級的原子數(shù)減去另一個能級的原子數(shù)決定。

為了測量第一個非對易自旋可觀測值，直接計數(shù)每個能級中的原子?；パa(bǔ)的第二個自旋可觀測值是在計數(shù)之前使用一個與原子相互作用的脈沖來測量的。之前科學(xué)家已經(jīng)使用原子系綜進(jìn)行了EPR測試，但這里有一個重要的不同：在這個實(shí)驗中，測量設(shè)置的選擇，意味著測量兩個非對易自旋中的哪一個，是為每個原子團(tuán)獨(dú)立做出的。這種獨(dú)立性對于真正的EPR佯謬是必不可少的，沒有它，我們不能排除系統(tǒng)之間的影響。

Colciaghi及其同事使用由數(shù)百個銣-87原子組成的兩團(tuán)“贗自旋”對EPR佯謬進(jìn)行了檢驗。當(dāng)原子以玻色—愛因斯坦凝聚體被囚禁時(左)，原子之間會發(fā)生相互作用，導(dǎo)致它們糾纏在一起(中)。當(dāng)凝聚體被釋放時，它形成了兩個獨(dú)立的原子團(tuán)，彼此之間的贗自旋糾纏在一起

Colciaghi及其同事通過確定從原子團(tuán)B的自旋測量中推斷原子團(tuán)A的自旋的誤差來探測EPR相關(guān)性，首先是在沒有脈沖時，然后是當(dāng)脈沖同時應(yīng)用于A和B時。雖然不為零，但這些誤差的乘積相對于實(shí)驗中測得的海森伯不確定性乘積的下界較小。貝爾不等式被違反，因此佯謬得到證實(shí)。

然后，研究人員對他們的實(shí)驗進(jìn)行了非常有啟發(fā)性的修改。1935年，薛定諤用他著名的處于疊加的貓態(tài)(薛定諤貓)的例子回應(yīng)了EPR的論點(diǎn)。鮮為人知的是他提出一種通過調(diào)整測量設(shè)置，同時測量兩個互補(bǔ)變量，“一個通過直接測量，另一個通過間接測量?！毖Χㄖ@考慮過這種測量設(shè)置(當(dāng)設(shè)置固定但在測量最終確定之前)是否會影響兩個變量精確測量，他質(zhì)疑這種值的確定是否與量子力學(xué)兼容。Colciaghi及其同事通過操縱測量脈沖控制測量哪個自旋來創(chuàng)建了這樣一個場景：保持原子團(tuán)B的設(shè)置固定，他們改變原子團(tuán)A的設(shè)置。

研究人員表明，他們可以直接測量原子團(tuán)A的一個變量，同時從原子團(tuán)B上的測量間接推斷互補(bǔ)變量的值。此外，通過再次調(diào)整A的設(shè)置，他們展示了與原子團(tuán)A的相關(guān)性如何被B處的測量恢復(fù)。這說明改變原子團(tuán)A的設(shè)置不會改變通過測量B對A處的互補(bǔ)變量做出的預(yù)測的正確性。這些實(shí)驗的介觀特性似乎加強(qiáng)了薛定諤的論點(diǎn)：一旦測量設(shè)置確定，即使沒有最終測量，可觀測值將是固定的。

這些結(jié)果的含義還沒有徹底弄清楚。要確認(rèn)間接獲得的A處值，需要進(jìn)一步作用來更改設(shè)置，這意味著量子態(tài)會發(fā)生變化。因此，在測量之前確定兩個自旋值的說法并不違反不確定性原理；貝爾定理也不排除這些值，該定理指的是在固定設(shè)置的相互作用之前定義的變量。這些問題仍然懸而未決，很可能通過對最近的實(shí)驗進(jìn)行更仔細(xì)地分析來闡明。

審核編輯：劉清