量子实验证实了与设备无关的不确定的因果顺序

研究人员使用完全独立于设备的协议，演示了不确定的因果顺序，其中因果顺序并非固定不变。通过实验违反了类贝尔不等式，他们得到了一个超出经典极限24个标准差的值，从而证实了这种非经典现象，尽管存在实验限制。

“因先于果”这一经典物理学的基石，正面临量子力学原理的挑战。量子力学允许事件叠加，从而允许不确定的因果顺序。如今，研究人员正从理论探索转向对这一违反直觉现象的实验验证，试图确定量子系统是否能够真正表现出事件时间顺序不固定的行为。由维也纳大学物理学院的Carla MD Richter、Michael Antesberger、Huan Cao、Philip Walther和Lee A. Rozema领导的团队，在最近发表的题为《迈向一种不依赖实验设备的不确定因果顺序验证》的论文中，详细介绍了他们的研究进展。他们的工作证明了实验违反了一个类贝尔不等式，其值达到2.78，显著超过了经典极限，这代表着尽管存在某些实验限制，但朝着完全不依赖设备确认不确定因果顺序迈出了关键一步。

研究人员报告了对不确定因果顺序的实验验证，这是一种挑战经典因果概念的量子现象。这项研究展示了一种场景，其中事件的时间序列并非预先确定，而是存在于各种可能性的叠加中。该实验建立在量子非局域性的既定原理之上，即两个纠缠粒子可以瞬间相互影响，不受距离限制。实验还利用了无漏洞贝尔测试的结果，这些测试严格证实了局域现实论的违反。

这项研究采用了一种量子开关，这是一种可以探索不同因果结构叠加态的装置。该开关引导光子穿过一个网络，该网络配置用于创建一种场景，其中两个通常按既定顺序发生的潜在事件可以根据测量结果以任意顺序发生。至关重要的是，该实验采用了一种独立于设备的协议，这意味着结果不依赖于对所用设备内部工作原理的假设，从而增强了研究结果的有效性。

所获得的测量值超出了经典界限24个标准差，为不确定的因果顺序提供了统计上显著的证据。这一结果表明，它与经典物理学中因果总是先于结果的理论背道而驰。其影响延伸至量子信息处理领域的潜在进步，在该领域，操纵因果结构可以开启新的计算范式。具体而言，不确定的因果顺序或许能够创建更高效、更安全的量子通信协议，并增强量子算法的性能。

这项研究标志着我们朝着理解因果关系的根本极限迈出了一步，并探索了利用量子现象进行技术创新的潜力。进一步的研究将侧重于将这些实验扩展到更复杂的系统，并探索不确定的因果顺序与其他量子效应之间的相互作用。