量子理论自诞生以来已向我们展示了许多奇怪且看似自相矛盾的现象。最奇怪的例子之一是量子柴郡猫效应，其中量子物体的属性与物体本身脱离了。现在，预测这种效应的两名研究人员表明，这比他们最初想象的更为奇怪：不仅量子特性可以与它们的母体分离，这些特性还可以自行移动并与遥远的区域相互作用，即使对象本身永远不会到达那里。

量子柴郡猫的概念是由来自以色列和英国大学的一组研究人员于2013年提出的，他们的灵感来自小说《爱丽丝梦游仙境》中一直同名的会消失的猫。书中的柴郡猫可以随心所欲地消失，只留下一个笑容，量子粒子也可能会与其自身的特性完全分离。虽然这个想法最初可能看起来很古怪，但后来通过将一束中子与其磁矩分离，在实验上证明了这种效应。

柴郡猫的新自旋

原论文的两位作者，以色列特拉维夫大学的Yakir Aharonov和英国布里斯托尔大学的Sandu Popescu与以色列巴伊兰大学的Eliahu Cohen进行了一项最新的合作。他们想象了这样一个盒子，里面有一个自旋½的粒子。如果他们测量这样一个粒子在空间中沿三个轴的旋转，他们会发现它指向两个方向中的一个：向上或向下、向左或向右、向前或向后。

他们想象的盒子中间有一个隔板(下图中黄线表示)，这个隔板允许粒子(用红色顶峰表示)以极小的概率通过。同时，如果粒子的自旋向上，则盒子的右壁是透明可通行的；否则，粒子会反弹回来。右壁也是唯一可以影响粒子自旋的地方，在物理实现方面，它可以通过沿上下(z)轴定向的磁场来完成。

在这个思想实验开始时，粒子位于盒子的左侧，其自旋向上(z轴)。然后它向右移动，大概率会被隔板反弹，但有无穷小的几率会有一部分通过。这个微小的部分应该仍然自旋向上，所以它会穿过盒子的右侧，进入到环境。在很长一段时间后，粒子应该就能完全从盒子中漏出。

盒子里的悖论

令人惊讶的是，该团队发现，即使粒子仍被确定为位于盒子的左侧，但其沿x轴(右侧或左侧)的自旋方向在实验过程中似乎发生了翻转。造成这种自旋翻转的原因是粒子的少量z轴自旋，它通过隔板泄漏并与右壁的磁场屏障发生了相互作用。研究人员从数学上表明，这种相互作用会翻转粒子的x轴自旋，即使粒子大部分留在左侧。

这种明显的翻转也可以通过所谓的弱测量实验检验，这种测量不会干扰粒子的波函数，所以不会使其波包塌缩。因此，这样的测量允许研究人员将实验开始时的自旋方向与粒子来回反弹几次后的自旋方向进行比较。

这个翻转看起来很奇怪的原因是除了右边的墙以外，盒子的任何部分都不能影响到自旋的方向。然而，如果在实验结束时，测量位于盒子左侧的粒子，直观的感觉上来说，粒子的自旋应该不会改变。事实上，它确实发生了变化。这表明粒子的自旋已经移动到盒子的右侧，而粒子从未离开过左侧。这就是量子柴郡猫效应，即使猫本身保持在一侧，“咧嘴笑”也会在盒子周围反弹。

反事实沟通

这种新现象的一个应用是“反事实通信”，即一种在不发送物理粒子的情况下发送信息的方式。例如，两个人可以从盒子的右侧向左侧发送信息，而粒子永远不会离开左侧，只需让右侧的人打开或关闭与自旋相关的屏障即可。然后左边的人通过测量x轴自旋方向是否翻转来接收信息。

虽然这样的协议需要许多测量才能准确，但研究人员认为，动态量子柴郡猫效应原则上可以在未来纳入到更有效的反事实通信协议中。但这并不是他们发表在《自然通讯》杂志上的论文主要关注点。Popescu说：“对我们来说最重要的不是潜在的应用——尽管这绝对是需要寻找的东西——而是它教会了我们关于自然的东西。量子力学非常奇怪，在它被发现将近一百年后，它仍然困扰着我们。我们相信揭示更多令人费解的现象并深入研究它们是最终能理解它的方法。”（编译:Qtech）