來自格里菲斯大學的量子物理學家揭示了一個新悖論，該悖論認為：當談到某些長期存在關於自然的信念時，有些東西必須放棄。當在原子等微小粒子上進行實驗時，量子理論在預測我們所觀察到的行為方面幾乎是完美的。但是，在比原子大得多的尺度上應用量子理論，特別是對進行測量的觀察者來說，提出了困難的概念問題。

在《自然物理》期刊新上發表的一篇研究中，澳大利亞格里菲斯大學領導的一個國際研究小組，將這些問題變成了一個新的悖論。該研究的資深理論作者、副教授埃裡克·卡瓦爾康蒂（Eric Cavalcanti）表示：這一悖論意味著，如果量子理論能夠描述觀察者，科學家將不得不放棄關於世界三個寶貴假設中的一個。第一個假設是，當進行測量時，觀察到的結果是世界上真實的、單一的事件。

例如，這個假設排除了宇宙可以分裂的想法，即在不同平行宇宙中觀察到不同的結果。第二個假設是可以自由選擇實驗設定，讓我們可以進行隨機試驗。第三個假設是，一旦做出了這樣的自由選擇，它的影響就不能以比光更快的速度擴散到宇宙中。這些基本假設中的每一個似乎都是完全合理，並被廣泛相信。然而，人們也普遍認為，量子實驗可以擴大到更大的系統，甚至可以擴大到觀察者的水平。

但本研究表明，這些普遍存在信念中的一個肯定是錯誤的！放棄其中任何一個都會對我們理解世界產生深遠的影響。研究透過分析一個場景建立了這一悖論，該場景中，分離良好的糾纏量子粒子與量子“觀察者”相結合，這是一種可以從外部操縱和測量的量子系統，但它本身可以對量子粒子進行測量。資深實驗作者諾拉·蒂施勒（Nora Tischler）博士說：基於這三個基本假設，我們在數學上確定了在這種情況下可能出現實驗結果的極限。

但量子理論在應用於觀察者時，預測結果會違反這些極限。事實上，研究已經使用糾纏光子（光粒子）進行了原理證明實驗，正如量子理論預測的那樣，研究發現了一種違反現象。但‘觀察者’的大腦可以說非常小，它只有兩種記憶狀態，它們被實現為光子的兩條不同路徑。這就是為什麼我們稱之為理論證明實驗，而不是確鑿的證明，悖論中的三個基本假設中的一個肯定是錯誤的，只是不確定哪一個是錯的。

該專案負責人、格里菲斯量子動力學中心主任霍華德·懷斯曼教授說：為了更明確地實現這一悖論，我們的夢想實驗是，量子觀察者是在一臺巨型量子計算機上執行人類水平的人工智慧程式。這將是一個相當令人信服的測試，來檢驗量子理論對觀察者來說是失敗的，還是三個基本假設中的一個是錯誤的，但這可能需要幾十年的時間。進行這項實驗的量子動力學實驗室中心也是澳大利亞研究委員會卓越中心量子計算和通訊技術中心的一部分。

人們早就認識到，量子計算機將徹底改變我們解決複雜計算問題的能力。直到開始這項研究，才意識到，它們可能還有助於回答棘手的哲學問題，物理世界的本質、精神世界以及它們之間的關係。

博科園｜研究/來自：格里菲斯大學

參考期刊《自然物理學》

DOI： 10。1038/s41567-020-0990-x

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