丹麦技术大学的物理学家近日取得了一项突破性进展，他们通过实验在高达37维度的空间中测量了光，从而以前所未有的程度证实了量子力学的奇异性。这项研究挑战了人们长期以来对现实的认知，表明量子物理比我们想象的更加非经典。

GHZ悖论：对局域实在论的挑战

在日常生活中，我们遵循着清晰的逻辑规则。例如，当你收到一封信时，你会认为一定是有人将其投递到你的邮箱中。这种简单的逻辑，被称为局域实在论，它假定物体具有明确的存在，事件的发生具有可预测性，并且只受周围环境的影响。

然而，量子力学却颠覆了这种直观的理解。在量子世界中，粒子可以同时存在于多种状态，直到被观察者测量。GHZ悖论（Greenberger–Horne–Zeilinger paradox）就是一个很好的例子，它用数学的方式打破了经典的规则，甚至提出了类似于“1等于-1”这样的荒谬结论。

拓展量子纠缠的范围

为了深入探索这些奇特的预测，研究团队进行了一项雄心勃勃的实验，以前所未有的程度放大了量子效应。他们通过纠缠光子，并将实验范围大幅扩展，从而证实了量子现实与经典思维存在着深刻的矛盾。

最初，GHZ悖论仅在三个维度上描述量子世界的怪异现象。而研究人员大胆地将维度数量增加到37个，极大地增加了实验的复杂性。

光子是构成光的基本粒子，研究人员以需要37个独立参考点的方式控制光子。在这种规模下处理量子态，使得研究人员能够深入探索量子力学与常识和经典物理学的背离之处。

研究结果：量子物理的非经典性超乎想象

“量子物理比我们许多人想象的更加非经典，”丹麦技术大学的物理学家、该研究的共同作者刘正浩（Zhenghao Liu）表示，“或许，在发现它100年后，我们仍然只看到了冰山一角。”

研究人员利用高速电光调制和时域编码，能够精确地控制和测量光子状态。他们的基于光纤的光子处理器使他们能够在37个空间维度上映射量子测量，为实验量子力学设定了新的记录。

局域实在论的崩溃

这项实验的关键发现之一是量子力学不符合经典预期。通过在37个维度上创建GHZ型悖论，研究人员以先前未曾探索的方式证明了局域实在论的崩溃。

用经典术语来说，这种悖论意味着事件可能会在没有因果关系的情况下发生，就像一封信出现在你的邮箱中，但并没有邮递员投递一样。从量子角度来看，实验表明，纠缠粒子之间的关系是非局域性的，它们的关联无法用任何隐藏变量来解释。

研究团队通过数学方法证实，他们的实验实现了有史以来最强烈的量子非局域性表现。通过证明即使在极端条件下，该悖论仍然成立，他们为经典模型无法解释量子世界提供了新的证据。

“这项工作为未来的研究开辟了多种途径，”作者们表示，“我们希望我们的发现能够被用于在更高维度的系统中构建更强大的量子优势。”

对量子计算和技术的未来影响

这项研究的发现对量子计算和信息处理具有重大影响。GHZ型悖论揭示了经典描述的失败，对于理解量子关联至关重要。这些关联是量子计算、加密和其他先进技术的基础。

通过证明三上下文GHZ悖论可以存在于37维空间中，研究人员为量子系统的本质建立了新的约束。他们的发现表明，量子计算可以利用这种极端的非经典性来实现更高的效率和处理能力。

这项研究还具有哲学意义。它提出了这样一个问题：为什么人类以经典的方式体验现实，而宇宙在量子层面上却以深刻的非经典方式运行？研究结果表明，我们所感知的现实可能只是一个简化的版本，背后隐藏着更复杂的量子结构。

随着量子研究的不断深入，新的实验可能会扩展到37个维度之外，从而进一步探索未知领域。这项研究的发现仅仅是更深入探索量子力学悖论本质的开始。

如果这仅仅是冰山一角，那么量子世界可能隐藏着更大的惊喜。