機器之心報道
編輯：澤南、小舟
首先要回答的問題：實驗是量子的還是經典實體的？
你一定聽說過薛定谔的貓，它是著名實體學家埃爾溫 · 薛定谔在 1935 年提出的一個思想實驗：将一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變要看機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死。如果鐳不發生衰變，貓就存活。
根據量子力學理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀态的疊加，貓就理應處于死貓和活貓的疊加狀态。這隻既死又活的貓就是所謂「薛定谔貓」。
但是常識告訴你，不可能存在既死又活的貓，觀測者必須在打開容器後才知道結果。該實驗試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題，把微觀物質在觀測後是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯系起來，以此求證觀測介入時量子的存在形式。随着量子實體學的發展，薛定谔的貓還延伸出了平行宇宙等實體問題和哲學争議。
「我不喜歡它，很抱歉與它産生了聯系，」據說實體學家薛定谔在談論量子理論時說過這樣的話。
奧地利實體學者埃爾溫 · 薛定谔（Erwin Schr dinger, 1887 年 8 月 12 日～1961 年 1 月 4 日），1933 年諾貝爾實體學獎獲得者。
有多讨厭呢？以至于他努力地用實體學中最著名的思想問題來證明它是荒謬的，這個問題涉及将一隻貓放在一個盒子裡。
根據該理論，隻有在觀察到的情況下才能說時空的分裂發生了。否則，它必須被認為是不确定的。由于貓的命運與原子的命運一緻，薛定谔的貓也必須被認為既不死也不活。
純屬胡來，薛定谔總結道。然而，後來的研究人員找到了将這一思維問題轉化為實際實驗的方法，這些方法實際上驗證了量子理論的預測。一項實驗使用了一個幾乎冷卻到絕對零度的諧振器，使其在兩個量子态之間「糾纏」在了一起，無論是否振動。這兩個狀态後來顯示為疊加态。
實際上，生物的糾纏對于實體學家來說是一項壯舉，對于生物化學家來說可能更是如此。複雜的化學系統通常不會靜止不動接受檢查，但如果你能将它們冷凍到能展示出量子力學的溫度，你就可以探測它們的組成部分。
有些人認為光合作用等生化過程必須涉及到量子效應，這種方法可能是證明這一觀點的好主意。
把一種生物冷凍到絕對零度？這麼想的話，候選者似乎就隻有一個了——科普領域裡的「網紅」水熊蟲。緩步動物是在幾乎完全真空的情況下，再當機到極端溫度仍有機會保持活力的理想候選者。
要糾纏一個生命形式，你必須把它放在一個極端的真空的環境中，并在不殺死它的情況下将它冷卻到幾乎絕對零度。細菌就可以這樣糾纏在一起。現在，一組科學家說他們纏住了一種水熊蟲，這是一種肉眼幾乎看不見的小動物，大部分長度小于一毫米。
11 位研究人員于 12 月 16 日于線上預印版論文網站 arXiv 上送出了他們的工作。其中包括新加坡國立大學量子技術中心的 Rainer Dumke 和波蘭格但斯克大學的 Tomasz Paterek，他們在 2019 年因在磁化蟑螂方面的工作而榮獲搞笑諾貝爾獎，其研究涉及動物導航的方法。
論文連結：https://arxiv.org/abs/2112.07978
聽起來有點不正經？但記錄表明，至少有一位搞笑諾貝爾獎的獲得者安德烈 · 海姆 (Andre Geim) 獲得過真正的諾貝爾獎。他因為懸浮青蛙而獲得了 2000 年的搞笑諾貝爾獎，2010 年又因為發現石墨烯而獲得過諾貝爾實體學獎。
緩步動物對于環境的忍耐力幾乎和微生物一樣強，當你将其置于極端環境時，它通過蜷縮成一個叫做「tun」的球進入休眠狀态，這個過程被稱為「隐生」（Cryptobiosis）。
水熊蟲具有全部四種隐生性，即低濕隐生、低溫隐生、變滲隐生及缺氧隐生，能夠在惡劣環境下停止所有新陳代謝。緩步動物也是以被認為是生命力最強的動物。在隐生時，其一般可以在高溫（151°C）、接近絕對零度（最低 - 272.8°C）、高輻射、真空或高壓的環境下生存數分鐘至數日不等。曾經有緩步動物隐生超過 120 年的記錄。
聽起來就像是脫水的三體人。
盡管有些人認為隐生時至少某些新陳代謝必須繼續進行，但這最好的描述可能是一種被擱置的生命。2019 年，當以色列首個登月航天器「創世紀」意外墜毀，一群緩步動物沉積在月球上時，許多人猜測這些小動物即使在那裡也能幸存下來。遺憾的是，後來涉及發射尼龍子彈的沖擊實驗表明這種事并不會發生。
Dumke 和他的同僚們對研究超導量子比特的過程産生了興趣，許多人希望這種電子振蕩器能夠生産出基于量子效應的全新計算機。他們想知道如果将休眠的緩步動物放在一個量子比特上，使系統接近絕對零度會發生什麼。
首先，他們了解到，即使這樣緩步動物也幸存了下來。這本身就是一個重要的發現。
「在這樣的極端低溫條件下，幾乎沒有任何東西在移動，一切都處于基态（所有原子的振動都會停止）。動物就是一粒灰塵，」Dumke 告訴 IEEE Spectrum。「将它恢複到可以生存的條件，緩慢地增加溫度和壓力，然後它就會恢複過來。有人認為，在密碼生物學（cryptobiological ）狀态下，一些新陳代謝正在進行。不是這樣。」
這一發現提出了一個問題：是什麼自然選擇的力量能讓緩步動物變得如此堅韌？ 它似乎對其正常的陸地栖息地（包括苔藓和地衣）進行了過度設計。
另外，Dumke 等人認為，他們在量子比特和緩步動物之間實作了真正的量子糾纏。更大的物體被如此糾纏在一起，但那些物體是無生命的物質。這是一個更大膽的主張——而且更難以被人相信。
「我們從能量狀态為 0 的超導量子比特開始，類似于基态的原子。沒有振蕩——什麼都沒有發生，」Dumke 說。 「我們可以使用微波在适當的時間内提供适當數量的能量，以将其提高到 1 級。這就像原子中電子的第二個軌道。現在震蕩開始了。」
「再或者，這是重要的一點，我們可以添加那麼多的能量，但隻用一半的時間就可以将系統提升到 1/2 的量子态，也就是疊加态。 在這種狀态下，系統同時振蕩又不振蕩。你可以進行廣泛的測試來測量所有三種狀态。」
然後研究者在許多不同的條件下測試系統以确定量子态，他們發現由量子比特和緩步動物組成的系統占據的能量狀态比任何一個單獨占據的都低。研究人員得出結論：二者已經糾纏在一起。
然而，幾天後湧現出一些對于該研究的批評聲。
一位實體學家出身的評論者 Ben Benbruker 在 Twitter 上辯稱：這些實驗并未證明作者所聲稱的内容。他認為有三種可能：
用整個水熊蟲實作了量子糾纏；
用水熊蟲的一部分實作了量子糾纏；
根本沒有實作量子糾纏。
最後一種情況意味着任何影響都是由一些經典實體（非量子）過程引起的。
該研究的研究者也承認他們無法進行完美的實驗，因為那要涉及使用兩個探針獨立測量緩步動物和量子比特。而該研究的緩步動物與量子比特封裝在一起，形成一個混合結構，是以很難獨立控制兩個探針。
實驗草圖
另一位研究者、牛津大學實體學教授 Vlatko Vedral 說：「你必須建構一個模型，将量子比特表示為一個量子力學系統。如果你按照經典方式進行實驗，将無法解釋所有的特征。這些特征是組合系統能夠達到的量子能量态。事實上，大部分化學物質都基于這種範德華力。」
論文一作 Kai Sheng Lee 稱：「論文在介紹第二個量子比特時，對上述關于量子糾纏的質疑給出了部分回答。」水熊蟲旁邊兩個超導量子比特的存在加強了糾纏存在的理由，因為在這裡似乎存在一個處于 0 狀态的量子比特（|0>）與另一個處于 1 狀态（|1>）的量子比特疊加。
然而，Vedral 也承認主要的弱點是「沒有對緩步動物進行直接測量。」
可以直接測量這個糾纏三角形中的每個部分嗎？Dumke 嘗試之後表示：「可以嘗試在緩步動物内部找到一個特定的共振頻率，然後使用這個頻率來找出導緻更強糾纏的原因。」
Vendral 則提議：「也許可以通過基因改造水熊蟲來産生共振。 」
要不要人為設計出這樣的生物呢？也許他們正在考慮這個問題，也許他們在想這樣做值不值得。或許這也是一種疊加态。
參考原文：https://spectrum.ieee.org/schrodingers-tardigrade
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