摘要：科学家们推测，利用人造的、因果关系模糊的物理系统，我们有可能拓展探索物理世界的边界。有人提出，非因果系统可以用于推动潜力巨大的量子计算发展。

在悠闲的漫步中，阿尔伯特·爱因斯坦会经过两扇关闭的门扉。他先是穿过绿色的门扉，随后穿越红色的门扉。

或者，他可以反向行进，先进入红色门扉，然后跨过绿色门扉。两种选项，只能二选其一。根据常理，他在穿越这两扇门时无疑会有先后次序，对吗？

然而，在维也纳大学的菲利普·沃尔特实验室，假设爱因斯坦能以光子的速度移动，情形可能会大不相同。

2015年的一项研究让科学家们惊觉，量子物理的奇异之处远超他们之前的认知。

沃尔特的实验对“一事件导致另一事件”的传统因果逻辑发起挑战，仿佛物理学家们正在时间的洪流中搅动混沌，让时间沿着两个方向流转。

用日常逻辑来解读这样的实验，无疑是荒谬的。但在量子力学的数学体系中，因果关系的模糊性却符合逻辑，自成一体。

科学家们推测，利用人造的、因果关系模糊的物理系统，我们有可能拓展探索物理世界的边界。有人提出，非因果系统可以用于推动潜力巨大的量子计算发展。

香港大学的量子物理学家朱利奥·奇里贝拉表示：“如果量子计算机不受因果规律的限制，它就可能在解决某些问题时比经典计算机速度更快。”

更重要的是，理解量子力学的“因果结构”，梳理事件间的先后顺序，或许能帮助我们更好地接受量子理论，培养量子直觉。

目前，在量子物理的理解上，我们总是将光子描述为既具有波动性又具有粒子性的物质形态，我们总认为事件被不确定性所笼罩，但这种描述依然颇为复杂。

此外，因果律是关于物体间通过时空相互作用的规律，这种新视角或许能助力我们迈向量子力学与广义相对论的统一理论。

量子力学与广义相对论是现代物理学的两大支柱，然而它们彼此矛盾，这构成了当前物理学的一大挑战。

20世纪30年代，尼尔斯·玻尔和维尔纳·海森堡将不确定性引入量子理论，遭到爱因斯坦多次质疑。从此，因果性成为量子力学中核心议题。

玻尔与海森堡构建的哥本哈根诠释坚持，量子测量，例如测量一个偏振光子的偏振方向，其结果是随机的，且在测量的瞬间才确定，我们无法对此作出解释。

1935年，爱因斯坦和他的助手波多尔斯基与罗森（简称EPR）提出了一个著名的思想实验。他们利用玻尔对量子力学的解释，得出了一个看似不可能的结论。

在EPR的思想实验中，A、B两个粒子处于纠缠状态，即“纠缠态”。纠缠态中，我们只有通过测量才能确定两个粒子的具体状态。根据哥本哈根诠释，测量不仅揭示了粒子的状态，也“固定”了该状态。

无论纠缠态的粒子相距多远，对A的测量固定A状态的同时，也固定了B状态，仿佛在测量的瞬间，A与B之间产生了某种作用。

爱因斯坦无法接受这种“超距作用”，因为它意味着相互作用速度超过了光速，违背了狭义相对论。爱因斯坦坚信，这种悖论是由于哥本哈根解释的不完善所致。在测量之前，A、B粒子应有明确状态。

但随着实验技术的进步，科学家发现，粒子之间的关联性无法用“粒子状态在测量前已确定”来解释。但这种关联性并不违反狭义相对论，因为它不传递信息，不会导致信息超光速传播。那么，这种关联性是如何产生的呢？它很难用我们直觉中的因果关系来解释。

乍一看，哥本哈根诠释至少还保留了正常的时序逻辑：一次测量不会影响到测量之前发生的事件。如果A要影响B，A必须先于B发生。然而，最近十年来，这种基本时序逻辑也开始动摇。

科学家们设想了特定的量子场景，使我们无法确定关联事件中哪个在前哪个在后。在经典物理中，虽然我们可能不知道甲乙哪个先发生，但它们必定一前一后。

但在量子物理中，这种不确定性并非因为我们没有获取足够信息，而是一种根本上的不确定性，在测量之前不存在所谓的“实际状态”。

2016年，沃尔特团队设计了一种实验，在光子经过逻辑门的过程中进行测量，而不会立即改变已知信息。具体做法是，让光子携带测量结果，直至最后才被探测器接收。观察者只有在光子被探测器接收后，才能获知其携带的测量结果，从而无法利用这些信息推断光子经过逻辑门的顺序。

这就像有人在旅行中记录感受，等旅行结束再分享这些记录，你无法根据这些信息推测他具体在何时何地记录。

最终，沃尔特团队证实，只要观察者不知道具体测量结果，测量就不会破坏因果叠加态。沃尔特说：“我们等待实验结束后，才提取途中测量的结果。在光子飞行过程中，测量结果和测量发生的时间都是未知的，但仍对最终结果产生影响。”还有其他研究组也在用量子光学方法在实验中探讨因果关系的不确定性。

加拿大滑铁卢大学的研究团队与圆周理论物理研究所制造了一个能操控光子状态的量子线路，获得了另一种因果混合状态。实验中，光子先后经过A门、B门，但其状态取决于两种不同因果逻辑的混合；要么是A门的作用决定了B门的作用，要么A、B两门的作用共同由其他事件决定。

滑铁卢大学的实验结论与维也纳大学一致：我们无法根据最终测得的光子状态判断先前事件之间的因果关系。

基于这些挑战因果直觉的实验，我们或许能开发新的通信方式。光子作为信号，其经过两个逻辑门的顺序是叠加态，可以看作两者同时向对方发送信息。

简单来说，这是一种事半功倍的通信方式，或许还隐藏了信息处理的捷径。

人类早已知道，量子叠加态和纠缠态可以用来对某些特定计算做指数级别的加速，但这些涉及的都是经典因果结构。

利用量子因果叠加态的双向同步通信潜力，我们或许可以进一步提升量子信息处理速度。颠覆性的理论需要颠覆性的思维来理解。

来源：宇宙探索