来自格里菲斯大学的量子物理学家揭示了一个新悖论，该悖论认为：当谈到某些长期存在关于自然的信念时，有些东西必须放弃。当在原子等微小粒子上进行实验时，量子理论在预测我们所观察到的行为方面几乎是完美的。但是，在比原子大得多的尺度上应用量子理论，特别是对进行测量的观察者来说，提出了困难的概念问题。
在《自然物理》期刊新上发表的一篇研究中，澳大利亚格里菲斯大学领导的一个国际研究小组，将这些问题变成了一个新的悖论。该研究的资深理论作者、副教授埃里克·卡瓦尔康蒂(Eric Cavalcanti)表示：这一悖论意味着，如果量子理论能够描述观察者，科学家将不得不放弃关于世界三个宝贵假设中的一个。第一个假设是，当进行测量时，观察到的结果是世界上真实的、单一的事件。
例如，这个假设排除了宇宙可以分裂的想法，即在不同平行宇宙中观察到不同的结果。第二个假设是可以自由选择实验设置，让我们可以进行随机试验。第三个假设是，一旦做出了这样的自由选择，它的影响就不能以比光更快的速度扩散到宇宙中。这些基本假设中的每一个似乎都是完全合理，并被广泛相信。然而，人们也普遍认为，量子实验可以扩大到更大的系统，甚至可以扩大到观察者的水平。
但本研究表明，这些普遍存在信念中的一个肯定是错误的！放弃其中任何一个都会对我们理解世界产生深远的影响。研究通过分析一个场景建立了这一悖论，该场景中，分离良好的纠缠量子粒子与量子“观察者”相结合，这是一种可以从外部操纵和测量的量子系统，但它本身可以对量子粒子进行测量。资深实验作者诺拉·蒂施勒(Nora Tischler)博士说：基于这三个基本假设，我们在数学上确定了在这种情况下可能出现实验结果的极限。
但量子理论在应用于观察者时，预测结果会违反这些极限。事实上，研究已经使用纠缠光子(光粒子)进行了原理证明实验，正如量子理论预测的那样，研究发现了一种违反现象。但‘观察者’的大脑可以说非常小，它只有两种记忆状态，它们被实现为光子的两条不同路径。这就是为什么我们称之为理论证明实验，而不是确凿的证明，悖论中的三个基本假设中的一个肯定是错误的，只是不确定哪一个是错的。
该项目负责人、格里菲斯量子动力学中心主任霍华德·怀斯曼教授说：为了更明确地实现这一悖论，我们的梦想实验是，量子观察者是在一台巨型量子计算机上运行人类水平的人工智能程序。这将是一个相当令人信服的测试，来检验量子理论对观察者来说是失败的，还是三个基本假设中的一个是错误的，但这可能需要几十年的时间。进行这项实验的量子动力学实验室中心也是澳大利亚研究委员会卓越中心量子计算和通信技术中心的一部分。
人们早就认识到，量子计算机将彻底改变我们解决复杂计算问题的能力。直到开始这项研究，才意识到，它们可能还有助于回答棘手的哲学问题，物理世界的本质、精神世界以及它们之间的关系。
博科园｜研究/来自：格里菲斯大学
参考期刊《自然物理学》
DOI: 10.1038/s41567-020-0990-x
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