量子水熊虫活体动物首次实现量子纠缠

研究白癜风的专家 http://baidianfeng.39.net/a_zczz/180910/6515633.html

来源：环球科学

　　水熊虫扫描电镜图像（图片来源：SchokraieE，WarnkenU，Hotz-WagenblattA，GrohmeMA，HengherrS，etal。（）

　　水熊虫素有“地表最强生物”之称，它们能耐受高温、低温、辐射和高压冲击，曾出现在许多科学实验中。最近，有科学家突发奇想，拿水熊虫进行了量子纠缠实验，如果研究成立，水熊虫会成为第一种实现了量子纠缠的动物，也是目前最大的实现了量子纠缠的宏观物体。然而研究一经发布，受到了科学界的批评，有人甚至认为实验结果完全不成立……

　　编译

白德凡

　　审校

栗子

　　水熊虫素有“地表最强生物”之称，因其顽强的生存能力而家喻户晓。但“水熊虫”这个名字指代的不是一个物种，而是一大类缓步动物（Tardigrada，含多个物种）。这些缓步动物体长只有0.1~1毫米，却能在各种极端环境中存活下来：它们能耐受℃的高温，和接近绝对零度的超低温；能承受兆帕的压强，在马里亚纳海沟存活下来；还能承受戈瑞的辐射，原子弹爆炸的辐射也杀不死它。

　　而对于充满好奇心的科学家来说，水熊虫独特的生存能力也让它成为一种不可多得的实验对象。年5月，科学家将水熊虫送上了国际空间站，发现微重力和宇宙辐射不会显著影响水熊虫的生存状态。今年六月，科学家把水熊虫装进空心尼龙子弹中，再将子弹高速射向数米开外的靶子，结果显示，在米/秒的撞击下，水熊虫依然能存活下来，这种撞击瞬间的冲击压高达10亿帕。

　　脱水后的水熊虫（图片来源：SchokraieE，WarnkenU，Hotz-WagenblattA，GrohmeMA，HengherrS，etal。（））

　　而就在近日，有科学家突发奇想，想给水熊虫的成就列表上再添上一个项目——量子纠缠。在一篇以预印本形式发表的论文中，研究人员宣称他们在水熊虫身上实现了量子纠缠。然而这篇论文还没有经过同行审议，有些专家甚至认为这个实验从一开始就做错了。

　　“量子水熊虫”

　　量子纠缠一般发生在微观粒子之间。处于纠缠态的两个粒子会以某种方式神秘地“连接”在一起，当一个粒子的属性发生变化，另一个粒子会在瞬间以相应的方式变化，即使两个粒子之间隔了整个银河系。爱因斯坦曾认为这意味着发生纠缠的粒子之间存在超光速的作用，因而对这种现象的相关解释表示怀疑。

　　不管这种现象该作何解释，量子纠缠早就在实验上实现了，并在量子通信等领域有重要应用。另一方面，科学家也致力于探索能否让宏观物体实现量子纠缠。年的一项研究中，科学家让一种光合细菌和光子产生了量子纠缠。而在今年五月份，又有科学家让两张长20微米，宽14微米的小铝片进入了纠缠态。然而这些物体和水熊虫比起来还是太小，如果水熊虫实验成立，将大大突破发生量子纠缠的宏观物体尺寸上限。

　　这项实验的研究人员收集了三只水熊虫，体长在0.2到0.45毫米之间。为了方便实验，研究人员先将水熊虫冷冻处理，使它们脱水，进入类似假死的休眠状态。之后再将水熊虫进一步冷冻到10毫开尔文左右，并置于非常低的压强下，这种环境已经接近水熊虫的耐受极限。

　　同时，研究人员制作了一个由两个量子比特组成的超导电路，量子比特A与量子比特B通过电路纠缠在一起。这个电路被置于微波谐振腔内，使得每个量子比特获得一个谐振频率。随后，研究人员把水熊虫放置在量子比特B所在电路中的电容板之间，发现量子比特B的谐振频率降低了。研究人员解释说，这意味着水熊虫与量子比特B发生了耦合，而这个“量子比特-水熊虫”系统整体与量子比特A发生了纠缠。

实验电路示意图。A、B为两个量子比特，T代表水熊虫（图片来源：原论文）

　　实验结束后，研究人员对三只休眠的水熊虫进行了温和的加热，试图让它们复苏。结果，有一只水熊虫恢复了它的活跃状态，另外两只则死去。按研究人员的说法，这只唯一的水熊虫幸存者，是历史上首个经历过量子纠缠的动物。

　　饱受质疑

　　然而这个研究结果一经发布，就受到了科学界的许多批评。美国莱斯大学（RiceUniversity）物理与天文学系系主任道格拉斯·纳塔尔森（DouglasNatelson）评价说，这个实验“在任何意义上都没有将水熊虫与量子比特纠缠在一起”。

　　特纳森认为，实验人员所做的只是把一个水熊虫放在两个耦合量子比特中的一个的电容上。水熊虫在实验中主要起作用的成分是它体内冻结的水，充当电介质，改变了它所在量子比特的谐振频率，但这不是任何意义上的量子纠缠。

　　另外也有专家对此评价道，这个实验中观察到的量子比特-水熊虫耦合现象，不论它们有没有进入纠缠态，都可能产生。如果要验证水熊虫发生了量子纠缠，理应测量水熊虫的量子性质，但这个实验没有这么做。

　　鉴于论文还没有经过同行评议，论文在正式发表前还会经历修改。最终版本的结论或许不会像现在这样令人吃惊。但不管实验中的水熊虫有没有被确定为第一只经历了量子纠缠的动物，这个实验再度展示了水熊虫顽强的生命力。这项研究也许为未来水熊虫进入其他量子实验打开了大门。

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　　 　　 　　论文链接：