水熊蟲素有“地表最強生物”之稱，它們能耐受高溫、低溫、輻射和高壓沖擊，曾出現(xiàn)在許多科學實驗中。最近，有科學家突發(fā)奇想，拿水熊蟲進行了量子糾纏實驗，如果研究成立，水熊蟲會成為第一種實現(xiàn)了量子糾纏的動物，也是目前最大的實現(xiàn)了量子糾纏的宏觀物體。然而研究一經發(fā)布，受到了科學界的批評，有人甚至認為實驗結果完全不成立……

　　編譯 | 白德凡

　　審校|栗子

　　水熊蟲素有“地表最強生物”之稱，因其頑強的生存能力而家喻戶曉。但“水熊蟲”這個名字指代的不是一個物種，而是一大類緩步動物（Tardigrada，含1000多個物種）。這些緩步動物體長只有0.1~ 1毫米，卻能在各種極端環(huán)境中存活下來：它們能耐受150℃的高溫，和接近絕對零度的超低溫；能承受600兆帕的壓強，在馬里亞納海溝存活下來；還能承受5000戈瑞的輻射，原子彈爆炸的輻射也殺不死它。

　　而對于充滿好奇心的科學家來說，水熊蟲獨特的生存能力也讓它成為一種不可多得的實驗對象。2011年5月，科學家將水熊蟲送上了國際空間站，發(fā)現(xiàn)微重力和宇宙輻射不會顯著影響水熊蟲的生存狀態(tài)。今年六月，科學家把水熊蟲裝進空心尼龍子彈中，再將子彈高速射向數米開外的靶子，結果顯示，在825米/秒的撞擊下，水熊蟲依然能存活下來，這種撞擊瞬間的沖擊壓高達10億帕。

　　而就在近日，有科學家突發(fā)奇想，想給水熊蟲的成就列表上再添上一個項目——量子糾纏。在一篇以預印本形式發(fā)表的論文中，研究人員宣稱他們在水熊蟲身上實現(xiàn)了量子糾纏。然而這篇論文還沒有經過同行審議，有些專家甚至認為這個實驗從一開始就做錯了。

　　“量子水熊蟲”

　　量子糾纏一般發(fā)生在微觀粒子之間。處于糾纏態(tài)的兩個粒子會以某種方式神秘地“連接”在一起，當一個粒子的屬性發(fā)生變化，另一個粒子會在瞬間以相應的方式變化，即使兩個粒子之間隔了整個銀河系。愛因斯坦曾認為這意味著發(fā)生糾纏的粒子之間存在超光速的作用，因而對這種現(xiàn)象的相關解釋表示懷疑。

　　不管這種現(xiàn)象該作何解釋，量子糾纏早就在實驗上實現(xiàn)了，并在量子通信等領域有重要應用。另一方面，科學家也致力于探索能否讓宏觀物體實現(xiàn)量子糾纏。2018年的一項研究中，科學家讓一種光合細菌和光子產生了量子糾纏。而在今年五月份，又有科學家讓兩張長20微米，寬14微米的小鋁片進入了糾纏態(tài)。然而這些物體和水熊蟲比起來還是太小，如果水熊蟲實驗成立，將大大突破發(fā)生量子糾纏的宏觀物體尺寸上限。

　　這項實驗的研究人員收集了三只水熊蟲，體長在0.2到0.45毫米之間。為了方便實驗，研究人員先將水熊蟲冷凍處理，使它們脫水，進入類似假死的休眠狀態(tài)。之后再將水熊蟲進一步冷凍到10毫開爾文左右，并置于非常低的壓強下，這種環(huán)境已經接近水熊蟲的耐受極限。

　　同時，研究人員制作了一個由兩個量子比特組成的超導電路，量子比特A與量子比特B通過電路糾纏在一起。這個電路被置于微波諧振腔內，使得每個量子比特獲得一個諧振頻率。隨后，研究人員把水熊蟲放置在量子比特B所在電路中的電容板之間，發(fā)現(xiàn)量子比特B的諧振頻率降低了。研究人員解釋說，這意味著水熊蟲與量子比特B發(fā)生了耦合，而這個“量子比特-水熊蟲”系統(tǒng)整體與量子比特A發(fā)生了糾纏。

　　實驗結束后，研究人員對三只休眠的水熊蟲進行了溫和的加熱，試圖讓它們復蘇。結果，有一只水熊蟲恢復了它的活躍狀態(tài)，另外兩只則死去。按研究人員的說法，這只唯一的水熊蟲幸存者，是歷史上首個經歷過量子糾纏的動物。

　　飽受質疑

　　然而這個研究結果一經發(fā)布，就受到了科學界的許多批評。美國萊斯大學（Rice University）物理與天文學系系主任道格拉斯·納塔爾森（Douglas Natelson）評價說，這個實驗“在任何意義上都沒有將水熊蟲與量子比特糾纏在一起”。

　　特納森認為，實驗人員所做的只是把一個水熊蟲放在兩個耦合量子比特中的一個的電容上。水熊蟲在實驗中主要起作用的成分是它體內凍結的水，充當電介質，改變了它所在量子比特的諧振頻率，但這不是任何意義上的量子糾纏。

　　另外也有專家對此評價道，這個實驗中觀察到的量子比特-水熊蟲耦合現(xiàn)象，不論它們有沒有進入糾纏態(tài)，都可能產生。如果要驗證水熊蟲發(fā)生了量子糾纏，理應測量水熊蟲的量子性質，但這個實驗沒有這么做。

　　鑒于論文還沒有經過同行評議，論文在正式發(fā)表前還會經歷修改。最終版本的結論或許不會像現(xiàn)在這樣令人吃驚。但不管實驗中的水熊蟲有沒有被確定為第一只經歷了量子糾纏的動物，這個實驗再度展示了水熊蟲頑強的生命力。這項研究也許為未來水熊蟲進入其他量子實驗打開了大門。

　　參考鏈接：

　　https：//www.livescience.com/tardigrade-quantum-entangled-experiment

　　https：//www.cnet.com/news/no-tardigrades-have-not-been-quantum-entangled-with-a-qubit/

　　論文鏈接：

　　https：//arxiv.org/abs/2112.07978

　　本文轉自《環(huán)球科學》