在量子力学的世界中，量子纠缠是一种神秘的现象，其中两个相距较远的粒子之间的联系如此紧密，以至于一个粒子的变化会立即影响到另一个粒子。这种现象被爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”，因为它违背了我们所熟知的自然规律。然而，这种神秘的联系一直难以直观地理解，直到最近，加拿大和意大利的研究人员提出了一种实时可视化粒子的新方法。

这项由渥太华大学的研究人员与罗马第一大学的DaniloZia和FabioSciarrino合作开发的技术，被称为双光子数字全息术，它能够实时可视化两个纠缠光子的波函数。这种技术的开发，是在四年前苏格兰格拉斯哥大学的物理学家捕捉到第一张量子纠缠照片后完成的。

两个纠缠光子的全息图像的重建（图片来源：NaturePhotonics、Zia等人）

在这项令人惊叹的实验中，科学家们从二维干涉图样中重建了纠缠光子的特性，这种特性可用于设计更快的量子计算机。更重要的是，他们使用了一种首创的技术来实时可视化两个纠缠的光粒子。

为了对量子物体做出准确的预测，物理学家需要找到它的波函数：对其状态的描述，存在于量子可以采取的所有可能物理值的叠加中。纠缠使得寻找两个相连粒子的波函数成为一项挑战，因为对一个粒子的任何测量也会导致另一个粒子的瞬时变化。

物理学家通常通过一种称为量子断层扫描的方法来解决这个障碍。通过采用复杂的量子态并对它应用投影，他们可以测量属于该态的一些属性，例如与其他状态隔离的偏振或动量。通过对量子态的多个副本重复这些测量，物理学家可以从低维切片中建立起原始的感觉，就像根据D物体在周围墙壁上投射的2D阴影来重建D物体的形状一样。这个过程提供了所有正确的信息，但它也需要大量的测量，并产生大量不遵循物理定律的“不允许的”状态。这使得科学家们面临着艰巨的任务，需要煞费苦心地清除无意义的、非物理的状态，这项工作可能需要数小时甚至数天的时间，具体取决于系统的复杂性。为了解决这个问题，研究人员使用全息术将较高维度的信息编码为可管理的较低维度的块。光学全息图使用两束光束来创建D图像：一束光束击中物体并从物体上反射，而另一束光束则照射在记录介质上。全息图是由光干涉图案形成的，或者是两个光波的波峰和波谷相加或相互抵消的图案。

物理学家使用类似的方法，通过他们用另一种已知状态制作的干涉图案来捕获纠缠光子状态的图像。然后通过用纳秒级精确相机捕捉到两个纠缠光子的动态图像，研究人员梳理了他们收到的干涉图案，揭示了两个纠缠量子看起来像一对翩翩起舞的“阴阳”符号。

一种新的实时可视化纠缠光子（光的基本粒子）的方法揭示了类似阴阳的图像

研究人员在8月14日的《自然光子学》杂志上发表了他们的发现。

这项研究的成功，不仅为量子物理学的研究提供了新的工具，也为我们理解宇宙的基本原理开辟了新的视野。

量子力学和相对论是20世纪物理学的两大支柱。论公众知名度，爱因斯坦和相对论称得上妇孺皆知，可是你知道吗？如果论应用的范围，量子力学远超相对论。电源、芯片、存储器、显示器的工作原理是基于量子力学。当量子世界的大门被打开后，物理学家们的观念遭到了一个又一个的冲击，连爱因斯坦大神都吃不消，他与玻尔吵了两次架，两次都铩羽而归。

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