这可能是中国基础科学的重大成果！中科大团队世界上首次实现对哈代悖论的无漏洞测试，验证了量子非局域性——爱因斯坦不相信的量子纠缠幽灵般超距作用的存在，量子力学再次赢麻了！这项研究已发表在8月7日的《物理评论快报》上。
哈代悖论是加拿大理论物理学家卢西安·哈代1992年提出的量子力学思想实验，让著名的物质与反物质相互作用变得毫无意义。你可能耳熟能详的一句话就是，物质与反物质相遇会发生湮灭，释放出巨大的能量。
但哈代认为，由于波函数坍缩需要观测，因而存在这样一种可能性，当相互作用无法观测到时，互相纠缠的粒子和反粒子具有一种非零的概率，可以不发生湮灭而存活下来。但由于这种相互作用必须保持不可见，所以没有人会注意到这种情况的发生，这就是这个思想实验被称为哈代悖论的原因。
你可能已经目瞪口呆了，什么？没有人类的围观，连物质和反物质都不湮灭了？这不可能，绝对不可能！
后来科学家们提出，利用适用电子和正电子的两个马赫-曾德干涉仪可以验证这一现象，每个干涉仪都由两个分束器和弯曲的路径构成。一对相互纠缠的正负电子产生后，分别进入两个干涉仪，并在各自的路径上形成量子叠加态。
正电子和电子在叠加态下，可以同时走𝑣+、𝑤+和𝑣−、𝑤−路径，对应于哈代悖论中的四个事件：
事件一：正电子走w+，电子走v-，都能到达检测器；
事件二：正电子走v+，电子走w-，都能到达检测器；
事件三：正电子走v+，电子走v-，都能到达检测器；
事件四：正电子走w+，电子走w-，在𝑃点相遇并发生湮灭，按理说它们应该无法到达检测器，然而由于量子力学的不确定性，仍然存在极小的概率，它们没有湮灭并到达了检测器。这正是量子力学中违反经典物理直觉的部分，也就是哈代悖论想要展示的。
如果你还不明白，我们可以用石头剪刀游戏来做个类比。
你和你老婆在互相看不见的两个房间里玩这个游戏，只能出石头和剪刀，你们的面前有一个屏幕显示结果，但只会显示赢家。
如果你出石头你老婆出剪刀，屏幕会显示你赢了，你老婆得去洗碗。
如果你出剪刀你老婆出石头，屏幕会显示你老婆赢了，你得去洗碗。
如果屏幕显示你们都赢了，说明你们都出的是石头，没有人去洗碗。
这些都是符合经典物理规则的，说明在这三种情况下，屏幕都可以正常显示赢家，这是哈代悖论中的三个事件。
还有一种情况是，如果你们都出剪刀，按理说屏幕不应该显示任何结果，因为两人都没有赢，这就是哈代悖论中的第四个事件。但这样就没人去洗碗，下顿饭就没有着落了。
量子力学这时候出来作妖了，它鼓动说你们是夫妻，心有灵犀，处于量子纠缠的叠加态中，出手时不管是石头还是剪刀，其实都还没有定论，只有屏幕显示那一瞬间，波函数才会坍缩，出现一个确定的结果。
这意味着即使你们都出剪刀，仍然有一个极小的概率，屏幕会显示你或你老婆赢了，而另一方就得去洗碗。经典物理对此束手无策，但量子力学允许这种不寻常的事情发生！
是不是觉得不可思议？匪夷所思？经典物理中绝不可能出现这种情况，但量子力学坚称这是有可能的，不信可以做实验。但这个实验却非常困难，因为这个几率太小了，任何局域漏洞和检测漏洞都可能影响实验结果。
前面说的用电子-正电子对来做这个实验基本不现实，因为带电粒子容易受到外部电磁场的干扰，要让它们既能通过量子纠缠保持相互作用，同时又不湮灭，操作起来非常困难，实验条件也非常复杂。
中科大潘建伟教授团队长期以来深耕光量子领域，这次设计了一套非常精密的实验，利用纠缠的光子对来验证哈代悖论。
之所以称为无漏洞测试，是因为这次实验：
一是将两套测量设备进行了远距离独立设置，以确保不同粒子的测量不会相互干扰。
二是使用了超级灵敏的探测器，效率高达82.2%，能非常精准地捕捉到量子粒子的状态，避免“漏掉”任何关键信息。
三是使用了高速量子随机数生成器来决定每次的测量设置，确保实验结果不会受到任何外部因素干扰，而是完全依赖于量子力学的特性。
经过6小时超过43亿次的实验，研究人员观察到了哈代悖论的强烈违背，概率为4.646✖10^-4 ，达到了五个标准差。这意味着确实有万分之五左右的几率，正反粒子不会湮灭，你和你老婆即使都出剪刀，仍有一方会赢。
零假设检验进一步确认了结果不能用局域实在性理论来解释，上限概率为10^-16348。这意味着经典物理败得一塌糊涂，量子力学胜得毋庸置疑！
这项实验成功验证了量子力学中的哈代悖论，证明了爱因斯坦量子纠缠“幽灵般超距作用”的确切存在，为我们揭示了更深层次的宇宙规律，或将推动量子物理学及相关技术的发展。
参考文献：
“Loophole-Free Test of Local Realism via Hardy’s Violation” by Si-Ran Zhao, Shuai Zhao, Hai-Hao Dong, Wen-Zhao Liu, Jing-Ling Chen, Kai Chen, Qiang Zhang and Jian-Wei Pan, 7 August 2024, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.060201
