一项实验成果表明，倘若原子与光存在量子纠缠，那么光探测技术或许可以实现对该原子的调控。
图示为原子因自发辐射而返回基态的过程，其在状态空间中的动态路径由粗实线标出。来源： Kater Murch。
在一个漆黑的冬夜里，你伸手拨动电灯开关，顷刻间，光线洒向了办公室的每一个角落。日常生活中，每天都在上演这一奇迹，而我们却常常不为所动。
物理学家也许会用光的粒子性来描述所发生的现象。日光灯管中的原子或分子自发地从激发态向低能态跃迁，同时释放出一个光子。光子在进入眼球后，经历了与上述过程类似的逆过程。光子被视网膜中的分子所吸收，使分子向激发态跃迁。
光同时具有粒子性与波动性。在由原子与分子构成的微观世界里，光的波粒二象性是物理学的基础。然而，在这一案例中，光的波动性看样子可以完全忽略不计。
Kater Murch是华盛顿大学圣路易斯分校文理学院（Arts & Sciences at Washington University in St. Louis）的一名物理学副教授，他并不完全认同以上看法。他的实验室团队通过波动性敏感而非粒子性敏感的仪器研究了自发辐射现象，是世界上最早进行这类研究的实验室之一，他们的研究工作发表在5月20日的《自然·通讯》（Nature Communications）上。
他的实验装置由一个人造原子（实际为有两个状态或能级的超导回路）和一个干涉仪组成。在该装置中，自发辐射所产生的电磁波与相同频率的参考波发生干涉。
Murch表示，这种探测方式与以往的探测方式截然不同。对于自发辐射现象，光子探测器所能得到的信息仅仅局限在，原子处于激发态或者是基态。但是，原子也有可能处于由两种能态组成的叠加态，而当原子处于由这些叠加态所组成的量子状态空间中时，干涉仪探测器能够捕捉其相关信息。
其实，这件事情做起来比听起来要复杂的多，因为科学家需要去追踪一个非常弱的信号（与光子关联的电磁场），这使得他们所看到的大多数干涉图样仅仅是量子噪音。但是这些量子噪音也能够补充提供关于人造原子的状态的信息，从而使研究者们能够描绘出人造原子量子状态的演变轨迹。
在研究者运用干涉仪探测器研究自发辐射的过程中，他们发现，尽管人造原子遵循着向基态跃迁的必然趋势，但是原子从低能态向高能态跃迁的现象也竟然存在。Murch说：“我们如果只探测光子，那么将永远不会发现这一现象。”
因此，用不同探测器观察到的自发辐射过程迥然不同。Murch说：“当我们关注光的波动性时，我们才能够看到在量子态之间的有趣的演变过程。”
但是，更新奇的还在后头。Murch说，在原子向较低能态跃迁的过程中，原子的平均激发仍可能出现增长，该实验事实给了我们一个设想，我们探测光的方式或许会对发出光的原子产生影响。
结果在前，原因在后？这听起来像是把因果关系颠倒了，其背后只有一种可能的解释。而这个解释正是最最不可思议的量子效应之一：当一个原子发光时，量子物理要求该原子与其发出的光相关联，或者说这两者之间存在量子纠缠效应，因而在测量其中任意成员的性质时，另一成员的性质也能在瞬间测得，该效应与两者之间的距离远近是无关的。
换句话说，对纠缠态中任意成员的测量会对纠缠态中的另一成员造成扰动。Murch说，正是这类量子作用，光探测器控制光发射器的设想将有望成为现实。
Murch说：“近年来，量子控制已经成为人类的一个梦想。也许有一天，我们能够通过改变探测光的方式，让光在发射器内部产生叠加放大，从而增强荧光成像。这将会是一个很漫长的过程，但这一想法意义非凡。”
翻译：王舟
校审：赵昌昊
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160512142912.htm
因果颠倒：通过探测技术调控发光原子？
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