量子世界处处违背常识。经过数十万年的生物进化，我们现代人的大脑难以理解我们熟悉的自然环境之外的事物。理解捕食者在草原上追逐猎物很容易；了解大多数在亚原子尺度上发生的事情可能需要多年的大量学术研究和大量粗糙的数学知识。因此，物理学家每年都会提出令人难以置信的新想法和发现，这些想法和发现是从现实的深层基础中收获的，远远超出了我们的感知范围，这也就不足为奇了。在这里，《科学美国人》重点介绍了 2022 年以来我们最喜欢的一些内容。
宇宙有点，不真实
今年的诺贝尔物理学奖颁给了那些花了数十年时间证明宇宙并非本地真实存在的研究人员，用幽默家道格拉斯亚当斯的话来说，这一壮举“让很多人非常愤怒，并被普遍认为是一个糟糕的举动。” 这里的“局域”是指任何物体，例如苹果，只能受其周围环境的影响，而不受宇宙另一端发生的事情的影响。“真实”意味着无论以何种方式观察，每个物体都具有确定的属性，就像再怎么眯眼也无法将苹果从红色变成绿色。除了对纠缠粒子进行仔细、反复的实验外，最终表明这种看似合理的限制并不总是适用于量子领域，这是我们可以测量的最基本的现实水平。如果您不确定局部现实主义的消亡对生命、宇宙以及一切事物究竟意味着什么，请不要担心：您并不孤单，物理学家也感到困惑。
激光创造时间晶体和通往更高维度的入口
尽管看起来像一部经典科幻电影的情节元素，今年早些时候发表的两篇不相关的论文描述了在量子前沿利用光的完全不是虚构的方法。在一项研究中，研究人员报告了第一次基于激光的时间晶体的构建，这种量子系统在时间上而不是空间上表现出类似晶体的周期性结构。在另一项研究中，一个研究小组详细描述了精确的激光脉冲模式如何诱导离子串，使其表现出一种从未见过的占据两个时间维度的物质相。前一项研究可能导致在实验室之外制造时间晶体的廉价、坚固的微芯片。后者提出了一种增强量子计算机性能的方法。然而，对于我们大多数人来说，这些研究可能对在鸡尾酒会上听起来很聪明最有帮助。
量子心灵感应征服了一场不可战胜的比赛
Mermin-Peres 幻方 (MPMS) 游戏是一种只有不玩才能获胜的比赛。这个令人沮丧的数独游戏涉及两名参与者轮流将+1或-1的值添加到一个3乘3的网格单元格中，以协同完成获胜条件。尽管玩家必须协调行动才能成功，但他们不允许交流。即使每个人都猜对了对方的走法，这对搭档仍然只能赢得游戏九轮中的八轮——除非他们玩的是量子版本。如果使用量子位(可以在+1和-1之间交换值)来填充每个单元格，理论上，两名玩家可以在所有九轮中避免冲突的动作，从而完成完美的回合。然而，在实际操作中，猜对每一步棋的几率微乎其微。然而，通过小心地利用量子比特之间的纠缠，在每个回合中，玩家可以猜测彼此的行动，而无需实际交流——这是一种被称为量子伪心灵感应的恼人技术。今年7月，研究人员发表了一篇论文，报告了他们成功地在现实世界中演示了这种策略，以实现完美的性能。这也不全是乐趣和游戏:这项工作探索了如何在纠缠粒子之间共享信息的基本限制。
测试无法测试的 UNRUH 效应
量子场论是爱因斯坦的狭义相对论和用来模拟亚原子粒子行为的量子力学之间的一种不稳定的结合。根据量子场论的原理，真空实际上并不是空的。相反，我们所感知的虚空充满了重叠的能量场。这些场的波动可以从“无”中产生光子、电子和其他粒子。据预测，在这种奇怪的情况下会出现各种奇怪的现象，其中最奇怪的可能是Unruh效应，任何在真空中加速的物体都会召唤出一层幽灵般的温暖粒子。这种效应以理论家比尔·安鲁(Bill Unruh)的名字命名，他在1976年描述了这种现象，这种效应非常微妙，至今尚未被观察到。如果4月份提出的桌面实验成功，这种情况很快就会改变。该实验涉及在一个经过精心配置的强电磁场中加速单个电子。提议者说，这种设置应该会降低Unruh效应明显显现的加速阈值，增加瞥见其难以捉摸的量子辉光的机会。
量子自旋的新视角
并非所有量子物理学的反直觉怪癖都与自然原因有关。可以说，有些更像是自己造成的，这是由于研究人员在如何命名和描述某些现象时做出了有问题的选择。考虑量子“自旋”的情况，这是贴在基本粒子固有的角动量上的标签。这个术语令人困惑，因为这样的粒子不能物理旋转——如果它们只是旋转的亚原子陀螺仪，它们的旋转速度将快得令人难以置信，远远超过光速。但是量子自旋对于解释观察到的电子和其他粒子的行为是至关重要的:尽管它们可能实际上没有在物理上自旋，但这些粒子显然在做一些事情。这个“东西”究竟是什么，可以通过数学方程极其精确地捕捉到，但其因果物理基础仍然模糊不清。一个相对较新的(且极具争议的)假设求助于量子场论来解释。在这个提议中，粒子(由量子场的波动产生)从它们的原始场获得自旋(角动量)，有点像风力旋转的涡轮机。“如果角动量存在于此，”《科学美国人》关于这一观点的文章指出，“电子旋转速度超过光速的问题就消失了;携带电子自旋的场的区域远远大于点状电子本身。”
原文链接：https://www.scientificamerican.com/article/6-times-quantum-physics-blew-our-minds-in-2022/
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