根據(jù)我們在日常生活中所認(rèn)識(shí)到的因果律，一件事的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致另一件事的發(fā)生。但在量子領(lǐng)域，這句話并不總是正確的。根據(jù)最近的一項(xiàng)研究，一種新的量子裝置可以把兩起事件的順序搞亂，使它們同時(shí)在兩個(gè)順序中發(fā)生。

該研究作者之一、澳大利亞昆士蘭大學(xué)的物理學(xué)家Jacqui Romero博士表示，在日常生活中，我們習(xí)慣于思考有明確順序的事件，例如，在早上，我們可能會(huì)在洗臉前刷牙，反之亦然。但在量子領(lǐng)域，兩者都可以同時(shí)發(fā)生，這使得我們不可能知道哪一個(gè)是最先出現(xiàn)的。

為了證明這一點(diǎn)，物理學(xué)家制造出了一種特殊的量子裝置——量子開關(guān)。通過這樣的裝置，當(dāng)一個(gè)粒子處于所有可能位置的疊加態(tài)時(shí)，將會(huì)發(fā)生多個(gè)操作。

根據(jù)這項(xiàng)研究，量子開關(guān)的工作原理是把光粒子通過一系列的兩種操作——標(biāo)記為A和B——以此來改變光的形狀。這些光子可以沿著兩條不同的路徑在A和B之間運(yùn)動(dòng)。光子沿著一條路徑，A在B之前發(fā)生；而在另一條路徑上，B發(fā)生在A之前。

在實(shí)驗(yàn)中，光子所走的路徑是由它的偏振方向決定的。所謂的偏振方向是指電磁波的擺動(dòng)方向——上下或者左右。那些具有水平偏振方向的光子先是經(jīng)歷操作A，而那些具有垂直偏振方向的光子則先是經(jīng)歷操作B。

然而，由于反直覺的疊加態(tài)量子特性，光子可以同時(shí)具有水平和垂直偏振。在這種情況下，光子既經(jīng)歷了A先于B，又經(jīng)歷了B先于A。

量子開關(guān)想法提出者、但沒有參與這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的牛津大學(xué)和香港大學(xué)的物理學(xué)家Giulio Chiribella教授表示，這一結(jié)果標(biāo)志著“控制量子物理學(xué)新系統(tǒng)的第一步”。

另一個(gè)研究小組此前也建立了類似的量子開關(guān)，但這個(gè)新的量子裝置消除了模糊性。在早期的量子開關(guān)中，如果A出現(xiàn)在B之前，那么，光子會(huì)穿過儀器的一個(gè)稍微不同的部分，而不是B在A之前出現(xiàn)。這種差異使在兩個(gè)順序中同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)相同的操作變得不那么清晰。在這個(gè)新的量子開關(guān)中，不管哪個(gè)操作先出現(xiàn)，光子都是穿過同一個(gè)點(diǎn)。

根據(jù)這項(xiàng)新研究，量子開關(guān)可能在量子通信和量子計(jì)算中很有用，它能提供一種通過在信息都被打亂的信道中進(jìn)行通信的能力。

想象一下，你給朋友打電話，讓你的聲音完全失真。如果你通過另一個(gè)嘈雜的電話線發(fā)送那難以辨認(rèn)的信息，你的信息仍然是什么有用信息都沒有的噪音。然而，這種情況在使用量子開關(guān)時(shí)不一定是正確的。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果光子在疊加態(tài)中通過兩個(gè)這樣的噪聲信道——在信道B之前通過信道A并且同時(shí)在信道A之前通過信道B，這樣一些信息可以被提取出來，從而實(shí)現(xiàn)通信。

Chiribella教授表示，這是他發(fā)現(xiàn)的最神奇的東西之一。

目前，這項(xiàng)研究已經(jīng)刊載于《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。