2026年3月24日——澳大利亚国立大学（ANU）研究人员在一项新量子物理实验中证实，物质能够实现量子纠缠。爱因斯坦曾将这种效应斥为“鬼魅般的超距作用”。

这项使用氦原子的实验相较此前基于光子（光量子）的纠缠实验取得重大突破。由于原子具有光子所不具备的质量特性，未来可在同一实验中同时研究量子效应与引力作用——这两个领域的理论长期存在著名的不兼容性。

连接这两种理论或将催生爱因斯坦晚年追寻30年未果的“万物统一理论”。该实验采用贝尔不等式检验方法，使两个粒子的量子特性发生纠缠。论文第一作者Yogesh Sridhar表示，这是首次实现原子动量的纠缠。

“这项实验拓展了量子物理适用性的已知边界，”量子科学与技术系博士生Sridhar指出，“我们展示了原子外部运动（而非自旋等内部自由度）的非定域性。这些结果增强了我们对量子理论的信心与理解，并为测试更大宏观物体的量子力学理论开辟了道路。”

该研究发表于《自然-通讯》，由ANU、昆士兰大学和美国俄克拉荷马大学的科学家合作完成。实验中使用的氦原子比此前动量贝尔测试中使用的光子复杂得多——作为基本粒子的光子与包含2个质子、2个中子和2个电子的氦原子形成鲜明对比。量子科学系首席研究员Sean Hodgman博士表示：“这种复合粒子本身表现出的物质波特性，是对'量子鬼魅性'的终极检验。”

“贝尔测试证明纠缠确实是世界的运行方式。对于两个分离的纠缠原子，改变其中一个会立即影响另一个，”Hodgman博士说，“虽然这种机制令人难以置信，但我们证实这就是现实的本质！”

实验采用三团悬浮在磁场陷阱中的超冷氦原子。关闭磁场后，原子在重力作用下开始下落，并通过激光相互靠近。脉冲激光形成驻波光栅，使部分原子发生反射。当原子云相互穿过时，平均仅有一对原子发生碰撞并改变动量。三种初始状态为碰撞后的终态动量提供了多种可能性。

这些可能性创造了量子纠缠：尽管不同原子对遵循不同轨迹并最终抵达不同位置，它们仍相互关联。对某一选项的测量会以令爱因斯坦不安的“鬼魅方式”瞬间影响其他选项。下坠原子遭遇系列光栅脉冲后，会以等概率形成多条可能路径。

这些坠落的原子对构成被称为Rarity-Tapster干涉仪的装置，可用于测量量子关联。最终原子落至探测器时，其位置取决于动量、路径选择及是否被反射。测量结果明确显示纠缠态：原子对的动量关联表明其同时处于多个动量态的叠加——这正是贝尔不等式检验的判定标准。

该结果证实了百年前的量子力学理论预言：物质可同时处于多个位置并发生自我干涉，即使相隔遥远。但直到近几十年，控制与测量单个原子的技术才逐渐成熟，促使研究团队尝试对氦原子进行贝尔测试。

实验设计灵感源自2022年诺贝尔奖得主Alain Aspect的研究。尽管理论模型完善，但实验实现与优化极具挑战性。经过改进后，团队最终成功完成验证。

量子科学与技术系Hodgman博士解释道：“想象原子沿不同空间路径运动时可能经历不同引力效应，但量子力学规定原子可同时处于多条路径。如何在广义相对论框架中描述这种系统？其时空曲率如何呈现？尽管众多研究者致力于此，目前仍无定论。我们现在证实这类系统可实现纠缠，意味着未来可能通过它们检测某些引力效应。”

这项突破为探索量子力学与广义相对论的统一理论奠定了基础，或将帮助解开困扰爱因斯坦数十年的物理学终极谜题。