量子领域水熊虫，水熊虫和量子领域有什么关系-柠檬ai自媒体

娇小的水熊号称是地表最强的生物，通过独特的“隐藏生命”能力，可以在最极端的环境下生存。这种状态有点类似冬眠，遇到不利的生存条件就停止一切代谢活动。

最近，一个国际研究小组声称，这种生物拥有另一种意想不到的能力：用超导量子比特进行量子纠缠。与生物的量子纠缠是闻所未闻的，这让所有人都害怕。但是这个实验的结果是什么，让作者可以做出这样的主张呢？为什么科学家没事就抓水熊？

扫描电镜下的成年水熊。图//EOL

什么是量子纠缠？

量子纠缠是量子力学的独特描述。至于实际上“纠结”的是什么，可以参考前面的文章[2]。

虽然名字听起来很神秘，但是量子纠缠并不仅仅存在于科幻电影和内容农场中。如今，在实验室中制造纠缠粒子对是一种常见的技术。量子计算、量子传输等应用领域至今都是基于纠缠发展起来的。

话虽如此，利用纠缠粒子在恒星间运送物体或人类的梦想可能要等一等了。目前能成功“纠缠”的是单个金属离子、纳米尺寸的颗粒和金刚石晶体，这种方法容易控制，结构简单。

与这些干净整洁的系统相比，生物的结构极其凌乱复杂，很难成为量子实验的对象。

此外，为了减少材料本身热能带来的振动影响，纠缠的实验程序往往需要在接近绝对零度的低温环境下进行。在这个温度下，不仅生命无法继续，很多物质的性质也发生了变化。

所以实验方面虽然发展了很久，但是生物的量子纠缠仍然是一个很遥远的目标。对于量子力学来说，整个生物界太乱，太热，以至于不想再靠近。正因如此，这篇关于水熊实验的文章引起了大家的关注。

水熊一般只有几百微米大小，算是“宏观”生物中比较小的物种，还是做量子实验比较好。更重要的是，水熊能够以隐藏状态在恶劣的实验环境中生存下来，然后重获生机，这样如果成功了，就可以看作是生物的量子纠缠。

实验小组随后将一只水熊放入0.01度的绝对温标中(也就是只比绝对零度高0.01度)，同时接近真空环境，在那里对两个超导量子比特进行实验。他们将水熊放入量子位的一个部分，观察到量子位的共振频率发生了变化。然后他们用常见的量子计算程序将这两个比特纠缠在一起，测试纠缠结果。

根据测试结果，作者声称水熊和两个量子比特形成了一个三比特的组合态。也就是说，水熊在这里变成了第三个等价量子比特，与另外两个超导比特纠缠在一起！实验结束后，水熊周围的温度和压力慢慢恢复到适合生存的范围，最终恢复了代谢活动。

作者宣布他们突破了之前的实验局限，打开了量子生物学的大门。文章以“水熊与超导量子比特之间的纠缠”为题，将文章的预印本放在arXiv网站上，在科学界引起轩然大波。

图//GIPHY

虽然实验相当有趣，媒体争相报道，但很多物理学家认为这项研究的标题太耸人听闻，突破很可能过于夸张。

我说我已经完成了“量子比特与缓步动物纠缠”的讨论(关于最近出现在网上的一份未发表的手稿)。但是现在误导性的新闻报道出来了，我决定从非技术层面来解释它

—Ben bru baker(@ BenbenBrubaker)2021年12月18日超导量子比特其实和普通的电子零件一样，拥有由电容、电感等基本单元组成的电路。接近绝对零度的水熊基本上可以看作是一小块冰。

该小组将冰放入电容器中，这将改变它。

的共振频率等特性其实不足为奇。如果电容里面掉进了一些灰尘，其电路性质也会受到类似的影响。

不论零件中放入冰块，灰尘，还是蚂蚁，这些影响都是「传统」的电磁学可以描述的，并非量子现象。

也就是说，作者宣称的「整只水熊做为一个量子位元进入了量子纠缠态」这个解读不只言过其实，甚至有误导之嫌。这篇文章目前还未投稿至期刊，因此没有经历同行科学家的审查，还不算是够格的科学实验结果。

关于这份研究有哪些方面需要改进，目前仍是备受争辩的有趣问题。不过有件事是大部分人都同意的，那就是这次实验再度刷新了水熊生存能力的极限。或许将来某天，水熊的隐生能力真的能成为生物世界和量子物理之间的桥樑。不过就目前而言，好奇心满点的物理学家得再更努力些。

编按：该如何验证量子纠缠，可以参考〈验证量子缠结的贝尔不等式 │ 科学史上的今天：06/28〉，此论文的主要问题是不能藉由实验设计，来确认三者共振频率改变是源自于量子纠缠。