量子纏繞一直以來都是量子物理的奇異現象，其特點是粒子之間存在著一種神秘的連結，這種現象曾被愛因斯坦形容為「距離上的鬼魅行動」。這種現象不僅是量子計算和加密技術的核心，還促進了我們對宇宙的深入理解。然而，最近中國的一組研究人員成功完成了一項聽起來幾乎不可能的實驗。他們在不使用纏繞粒子的情況下，通過了量子物理學中最嚴格的測試之一——貝爾測試。這一結果顛覆了科學家對非局域性的理解，這是一種神秘的特性，允許粒子之間無論距離多遠都能相互影響。過去一直認為，纏繞是產生這種非局域效應的關鍵成分，但這項新研究表明，即使沒有纏繞，非局域性也可能出現。
研究的主要作者之一、南京大學的教授馬小松表示：「我們的研究可能為人們理解非局域相關性提供了新的視角。」這項突破的基礎源於一個已有六十年的概念。1964年，物理學家約翰·貝爾設計了一項測試，現稱為貝爾測試，用以檢驗自然界是否遵循量子力學的規則，或者遵循更傳統的局域理論，即遙遠的物體無法瞬時相互影響。到目前為止，所有強烈違反貝爾不等式的實驗都依賴於纏繞粒子，因為纏繞被認為是產生非局域相關性以擊敗貝爾測試的唯一途徑。然而，在這項新研究中，科學家們建立了一個似乎違反這一規則的實驗設置。他們使用四種特殊的晶體創造光子，而不是纏繞粒子。
當這些晶體被激光照射時，每個晶體會發射一對具有可測量屬性的光子，例如偏振（光波振動的方向）和相位（光波在空間和時間中扭動的方式）。這些光子然後穿過精心設計的光學設備迷宮，包括晶體、透鏡和分束器，最終到達標記為艾莉絲和鮑勃的兩個獨立檢測器。通常，在貝爾測試中，艾莉絲和鮑勃各自測量一對纏繞粒子的一半。這裡的有趣之處在於，這個實驗的設計明確避免了產生纏繞。研究人員甚至添加了額外的組件來阻止頻率或速度等屬性之間的任何意外纏繞。
然而，當他們利用貝爾不等式進行數據分析時，這些光子似乎以非局域的方式相互交流，就像纏繞光子一樣，但這到底是怎麼可能的？答案可能在於一個較不為人知的量子特性，稱為路徑身份的不可區分性。研究作者指出：「我們報告的貝爾不等式違反無法用量子纏繞來描述，而是源於路徑身份的量子不可區分性。」由於這一特性，使得無法判斷哪個光子來自哪個晶體，光子的路徑重疊並完美融合。這些粒子變得根本不可區分，導致了通常由纏繞提供的非局域相關性。
這項實驗引起了令人興奮但又具爭議的可能性。如果不可區分性能在某些情況下模擬或甚至取代纏繞，那麼它可能為構建量子設備開闢新的途徑，特別是那些更易於工程設計的設備。然而，也存在一些重要的警告。一些物理學家指出，研究團隊使用了一種稱為後選擇的方法，僅計算特定的光子檢測事件。他們認為這可能會人為地提高量子相關性的出現。此外，也有可能仍然存在纏繞，只是不在光子之間，而是在產生它們的量子場層面上。
研究作者承認這些擔憂，並已經著手進行改進。他們的目標是通過增加晶體能產生的光子數量來消除後選擇。如果成功，這可能標誌著量子基礎理論的一個重要里程碑。該研究發表在《科學進展》期刊上。
