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水熊蟲真的能和超導量子位元進行量子糾纏嗎﹖
身形嬌小的水熊號稱地表最強生物﹐能夠透過獨特的「隱生」能力在最極端的環境下存活。這種狀態有點類似冬眠﹐遇見不利生存的條件時將所有代謝活動停止。
近期﹐有一國際研究團隊宣稱這種生物還有另一種出乎意料的能耐﹕和超導量子位元進行量子糾纏。用生物體做量子糾纏可是前所未聞﹐讓大家都嚇壞了。不過這個實驗究竟做出了什麼結果﹐讓作者可以做出這種宣稱﹖科學家沒事又為什麼要去抓水熊來糾纏呢﹖
量子糾纏是量子力學獨有的一種描述。儘管名字聽起來很神祕﹐但量子糾纏並不只存在於科幻電影和內容農場﹐現今在實驗室中造出糾纏的粒子對早已是稀鬆平常的技術。量子計算和量子傳送等應用領域就是以糾纏作為基礎發展至今。
雖然這樣說﹐但利用糾纏粒子將物品或人類在星際間傳送的夢想可能還得再等等。因為目前能夠成功被「糾纏」的都是個別的金屬離子﹑奈米大小的粒子﹑和鑽石結晶這類易於控制﹐結構簡單的微小目標物。相對於這些乾淨整齊的系統﹐生物體的結構可說是極為雜亂複雜﹐難以成為量子實驗的對象。
此外﹐為了減少物質本身熱能所帶來的振動影響﹐糾纏的實驗程序時常需要在接近絕對零度的低溫環境下進行。在這種溫度下不只生命無法延續﹐許多物質的特性也都已經改變。因此﹐儘管實驗方面已經發展許久﹐要對活生生的生物進行量子糾纏仍是相當遙遠的目標。對量子力學來說﹐整個生物世界太亂又太熱﹐完全不會想靠近一步。正因如此﹐這篇拿水熊做實驗的文章才引起了大家的關注。
水熊一般只有幾百微米大﹐算是「巨觀」生物中相對微小的種類﹐要做量子實驗的話較好下手﹔更重要的是水熊能夠以隱生狀態度過嚴苛的實驗環境﹐爾後再重新恢復活力﹐如此一來要是成功便也算是對生物體進行量子糾纏了。
實驗團隊於是將一隻水熊放到了絕對溫標0.01度(也就是只比絕對零度高0.01度)﹐同時接近真空的環境中﹐在此和兩個超導量子位元進行實驗。他們將水熊放入其中一個量子位元零件中﹐並觀察到位元的共振頻率產生改變。接著他們用常見的量子計算程序將兩個位元進行糾纏﹐並測試糾纏結果。
根據測試的結果﹐作者宣稱水熊和兩個量子位元形成了三個位元的組合態。也就是說﹐水熊在這裡變成了第三個等效的量子位元﹐和另外兩個超導位元糾纏在一起！實驗結束後﹐水熊周遭的溫度和壓力被緩慢恢復至適合生存的範圍﹐最後重新開始代謝活動。
作者宣布他們突破了以往的實驗限制﹐打開了通往量子生物學的大門﹐並以「水熊和超導量子位元的糾纏」為題﹐將文章的預印版放上了arXiv網站﹐引起科學界一片譁然。
超導量子位元其實跟一般電子零件一樣﹐裡面有電容﹑電感等等基本單元所組成的電路﹔而接近絕對零度的水熊﹐基本上能當成一小團冰塊。實驗團隊將冰塊放到電容裡面﹐會改變它的共振頻率等特性其實不足為奇。如果電容裡面掉進了一些灰塵﹐其電路性質也會受到類似的影響。
不論零件中放入冰塊﹐灰塵﹐還是螞蟻﹐這些影響都是「傳統」的電磁學可以描述的﹐並非量子現象。也就是說﹐作者宣稱的「整隻水熊做為一個量子位元進入了量子糾纏態」這個解讀不只言過其實﹐甚至有誤導之嫌。這篇文章目前還未投稿至期刊﹐因此沒有經歷同行科學家的審查﹐還不算是夠格的科學實驗結果。
關於這份研究有哪些方面需要改進﹐目前仍是備受爭辯的有趣問題。不過有件事是大部分人都同意的﹐那就是這次實驗再度刷新了水熊生存能力的極限。或許將來某天﹐水熊的隱生能力真的能成為生物世界和量子物理之間的橋樑。不過就目前而言﹐好奇心滿點的物理學家得再更努力些。
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